三维打印碳纤维增强聚合物复合材料热残余解析解

三维打印碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料因层间材料失配和打印过程中梯度降温而产生热残余现象,影响工件成形质量。本文取代简单的同步降温假设,提出了符合实际制备工艺的梯度降温概念,据此建立了三维打印正交铺层复合材料板和梁的热残余变形和应力的解析解。为反映三维打印过程中随时序动态变化的制备和降温过程,考虑每层制备轮次的降温梯度并进行热残余分析,最后合成得到热残余变形和应力。讨论了4种梯度降温模式,覆盖了所有可能的三维打印工艺。以CFRP复合材料三维打印为例,验证了本文解析解的精度和可靠性,显示了同步降温假设会产生显著的误差,表明热残余水平与降温梯度成正比,讨论了铺层方式对热残余的影响。为优化三维打印CFRP复合材料的结构设计和制备工艺、降低热残余水平提供了可靠的分析方法。      

薄壁件加工变形误差预估及补偿的集成

针对薄壁件数控加工过程中产生的力致变形误差,提出了一种将变形误差预测与误差补偿进行集成的方法。在提出高效的误差计算迭代算法基础上,采用APDL的方式开发了集迭代计算、刀具走刀、材料去除于一体的误差动态仿真程序,实现全过程加工误差的自动计算。借助UG二次开发工具UG/Open开发的应用程序实现了UG和ANSYS之间的数据通信,根据预测变形误差自动修正CAD模型,继而利用UG CAM生成考虑误差补偿因素的加工代码。研究了涉及误差离线预测及补偿的集成方法的多个关键技术。算例表明：误差预测值逼近实验值,精度可靠;集成软件能够自动生成误差补偿的加工代码,实现了误差离线预测和补偿全过程的CAD/CAE/CAM集成,集成程度高。     

复合材料层板精化理论两类推导方法的一致性

复合材料层板精化理论是一类变量少、精度高的理论,便于发展成有限元等数值方法,应用广泛。在推导精化理论时,由于位移场假设形式的不同,可以得到不同形式的理论,但其本质可能属于同一理论。从实例和理论两个方面予以论证,可以使以后的研究者避免重复性的工作。     

层间弱粘贴复合材料层板的热弹性脱层

本文建立了一个层间弱粘贴复合材料层板热弹性脱层模型。该模型建立在两个描述层间弱粘贴的基本假设基础上。层间位移不连续由层间粘贴的物理关系来描述，表现为层间位移跳跃值与层间残余横向应力的关系；层间温度不连续由层间传热薄层来描述，并据此给出一个计算层间温度跳跃值的计算公式，表现为温度跳跃值与层间横向张开量之间的关系。在此假设基础上，根据平衡方程和静态传热方程导出了正交柱面弯曲层板热弹性脱层解。算例显示了层间弱粘贴对层板热弹性响应的影响。     

用ABAQUS进行镦粗问题的分析

镦粗问题是一个包含着接触非线性、几何非线性、材料非线性三方面的非线性的复杂问题,因此应力分析如果只用主应力方法来解,只能近似地解决简单的问题。ABAQUS是功能很强的非线性有限元CAE软件之一,本文用ABAQUS对长矩形坯料的镦粗问题进行了分析,计算了坯料内部的应力和变形,结果表明计算的应力与理论解只有在较大的塑性变形时才符合很好,这是因为理论解没有考虑弹性性质。坯料边界最大应力σymax与平砧位移Δh之间的关系曲线上存在一个明显的拐点,该拐点是坯料进入全屈服的一个标志。     

夹层梁的高阶剪切修正因子

导出了满足夹层梁界面剪应力连续等条件的高阶位移场,据此给出了反馈横向剪切变形对夹层梁的弯曲,稳定和固有频率的影响的剪切修正因子,该因子计算简便,精度高,便于工程应用。     

满足板面载荷和横向剪应力连续的层板理论

本文提出了一种简单高阶剪切变形层板理论.其位移场满足层间位移和横向剪应力的连续性,τ_xx、τ_yx在板面等于与板面平行的载荷.位移场的变量与一阶剪切变形理论一样只有五个,但无论厚薄板均逼近精确解.文中合理考虑了层板板面上与板面平行的载荷对层板的作用,大大改善了这类问题解的精度.      

超塑性材料的镦粗变形力的研究

通过采用主应力法导出考虑纵向变形速度和横向加速度的镦粗变形力的计算公式,并用算例讨论了超塑性材料变形力的计算方法、变形力随时间的变化规律,以及纵向变形速度和横向加速度对变形力的影响大小。由于主应力方法适合于a/h不太小的情况,因此导出的公式也应该满足这一条件。变形力可以分成qj,qy,qd3项,其中qd在ρV2/k极小于1时,可以忽略不计;但是当ρV2/k接近于1时就不可忽略。接触面的分布压力的最大和最小值的位置和一般率无关的塑性材料镦粗时的位置一样,分别在x=0和x=±a/2处。     

层间弱粘贴复合材料层析的热弹性脱层

本文建立了一个层间弱粘贴复合材料层板热弹性脱层模型。该模型建立在两个描述层间弱粘贴的基本假设基础上。层间位移不连续由层间粘贴的物理关系来描述，表现为层间位移跳跃值与层间残余横向应力的关系；层间温度不连续由层间传热薄层来描述，并据此给出一个计算层间温度跳跃值的计算公式，表现为温度跳跃值与层间横和开量之间的关系。在此假设基础上，根据平衡方程和静态传热方程导出了正交柱面弯曲层板，热弹性脱层解。算例显示了层间弱粘贴对层板热弹性响应的影响。