基于CATIA CAA的桨毂与自动倾斜器参数化骨架模型与运动分析

桨毂与自动倾斜器是直升机操纵系统中最关键的部分,由于结构和运动复杂,在设计阶段需要设计人员重复建模及分析,效率较低。根据桨毂与自动倾斜器的结构特点和运动原理,对其自由度进行分析,建立了桨毂与自动倾斜器参数化骨架模型,并基于CATIA CAA技术开发了参数化模型快速生成、仿真运动分析程序。通过实例模型分析关键部位轴承的运动规律,验证了此方法的可行性和快速性,为桨毂与自动倾斜器的快速设计打下了基础。     

7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。     

碳/碳缎纹机织复合材料弹性性能数值模拟

针对碳/碳八枚五飞缎纹机织复合材料的数值模拟工作,在保证精度的前提条件下为提高计算效率,基于该复合材料的细观结构,采用通用单胞模型模拟其弹性性能。将该方法和矩形单胞模拟计算方法进行比较,结果表明,两种方法的计算结果相近,但是通用单胞模型可以减小建模工作量,降低网格划分的难度,提高计算效率,是一种较为合理高效的建模分析方法。此外,该建模分析方法也可用于其他缎纹机织复合材料的力学性能分析。     

不同夹芯复合材料夹层结构的剪切破坏行为

对蜂窝和泡沫夹芯的复合材料夹层结构通过夹具用拉伸试验模拟剪切破坏行为,分析了试验载荷-应变曲线及失效模式,得出应变场分布情况及失效原因,并分别对不同夹层结构的剪切行为进行了有限元模拟。结果表明:夹层结构的失效模式均为沿加载方向的屈曲破坏,并且在中间区域与边界区域之间的区属于纯剪应力区;夹芯材料的横向剪切模量直接影响了复合材料夹层结构的屈曲破坏载荷和失效模式:有限元分析的屈曲模态与试验失效模式较为吻合。     

三向受压下单向复合材料层板破坏的细观力学分析

本文从细观力学出发,提出一种新的基于物理失效机制的细观失效准则。该准则基于Mohr-Coulomb准则并侧重考虑了压缩载荷下组分材料的损伤模式和失效机制,指出压缩失效时压应力会阻碍断裂面的剪切破坏,并深入研究了纤维压缩失效模式,在纤维折断失效准则中引入纤维折断破坏面上剪切强度的概念。采用本文提出的准则对WWFEII(the Second World Wide Failure Exercise)中单向板算例进行失效预测和定量评估,并与Puck、Pinho、Cuntze、Carrere、Tsai-Ha、Hansen和Huang准则的预测结果进行对比,表明在三向载荷下本文提出的细观失效准则在8种失效准则中拟排名第一。研究了静水压力对基体强度的影响,得出影响因子仅与单轴压缩断裂角有关的结论。探讨了WWFEII各强度准则间关于失效包线是"张开"还是"封闭"的重要分歧,认为复合材料在三向压应力状态下失效包线是否为"张开"和"封闭"没有统一的标准答案,而是与复合材料的纤维体积含量、纤维和基体的力学性能、基体随静水压力力学性能的变化及基体的单轴压缩断裂角有关。     

二代伞兵战车的缓冲气囊系统参数优化设计

目的对一代伞兵战车缓冲气囊进行优化,设计出满足二代伞兵战车着陆安全的缓冲气囊。方法基于现用的缓冲气囊,结合有限元仿真、试验设计,建立以气囊参数为设计变量、战车着陆冲击加速度峰值为目标函数的支持向量回归(SVR)模型。用遗传算法对现有气囊的宽度、高度、排气孔面积、排气孔爆破压强进行参数优化。结果优化后的缓冲气囊系统将二代伞兵战车的冲击加速度峰值降低了73.4%,着陆减速过程变得平稳顺滑。结论成功地对现有缓冲气囊的参数进行了优化改进,得到了适用于二代伞兵战车的缓冲气囊,并且为决策者提供了多种气囊设计方案。     

边界条件对纤维增强复合材料层板高速冲击损伤影响的数值模拟

根据复合材料三维粘弹性本构关系,建立纤维增强复合材料层板高速冲击损伤的有限元分析模型。模型中引入界面单元模拟层间分层,结合三维Hashin失效准则进行单层板面内损伤判断。对数值结果进行分析,得到如下结论:边界四面不带应力层板的损伤面积最大,两个对面带应力层板的损伤面积次之,一面和三面带应力层板的损伤面积最小;边界应力增大而冲击速度不变时,剩余速度基本不变,损伤面积先增大后减小;冲击速度增大而边界应力不变时,剩余速度线性增大,损伤面积先增大后减小。     

含货舱门的大型民机机身段垂直坠撞仿真分析

建立了含货舱门的大型民机机身框段结构适坠性分析的全尺寸非线性有限元模型,模型中考虑了机身框、长桁、蒙皮、货舱及行李、客舱地板、客舱吊柜和座椅。利用该模型对机身框段进行了垂直坠撞仿真分析,坠撞速度为9.14 m/s,采用动力学软件MSC.Dytran进行求解,计算得到机身框段结构的变形和试验中各测量点处的加速度响应。计算结果与试验结果的吻合验证了所建模型的有效性。在该模型的基础上,对机身框段在不同滚转角垂直坠撞工况下的适坠性进行了分析。结果表明:在所计算的工况中,当飞机左滚12°和右滚8°坠撞时,机身结构破坏最严重,乘员承受的过载最大。货舱门结构增加了舱门侧的机身结构刚度,使机身结构左右变形不对称,含舱门侧的机身变形较小,含舱门侧的乘员承受过载较大。     

碳纤维织物布层压复合材料湿热环境疲劳后剩余压缩强度

为了研究湿热环境对碳纤维织物布层压复合材料疲劳性能的影响,开展了碳纤维织物布含中心孔层压板疲劳试验和剩余压缩强度试验,并为湿热环境拉-压疲劳试验自行设计了湿热环境试验箱。参照ASTM标准设计加工了疲劳试验夹具和压缩试验夹具,分别在标准环境条件(温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%RH),湿热环境条件(温度(70±2)℃、相对湿度(85±5)% RH)下对试件进行拉-压疲劳试验,之后分别进行了剩余压缩强度试验。以标准环境疲劳试验件的剩余压缩强度为基准值,对比湿热环境疲劳试验件的破坏载荷对应的极限压缩强度,计算其与基准值的差值。通过试验结果对比,得到湿热环境下试验件疲劳后剩余压缩强度下降了14%,该湿热环境对载荷谱下的碳纤维织物布层压复合材料试验件疲劳后剩余压缩强度影响较小。      

LY12BCZYU铝合金韧性渐进损伤模型参数反演

为准确仿真LY12BCZYU铝合金连接件的动态韧性失效过程,将延性失效模型和剪切失效模型联用来预测损伤起始和演化,分析损伤参数影响结构响应的规律,并根据试验结果对损伤参数进行反演推定。得到LY12BCZYU延性损伤模型和剪切损伤模型的损伤起始参数和失效塑性位移,计算结果与试验结果符合较好。