复合材料层合板冲击后疲劳寿命试验研究与数值模拟

通过对复合材料典型层合板进行落锤冲击试验引入冲击损伤,并对冲击后的复合材料层合板进行不同载荷水平的压-压疲劳试验,得到了不同疲劳载荷作用下层合板损伤扩展规律及疲劳寿命。建立了冲击后层合板疲劳寿命有限元数值计算模型,对层合板进行冲击仿真,并利用有限元软件用户子程序编程,将冲击后计算所得损伤分布结果设置为层合板压—压疲劳寿命计算的起始状态,从而获得层合板在不同疲劳载荷水平下的损伤扩展结果及压—压疲劳寿命数值仿真结果。将试验与有限元数值计算疲劳寿命结果绘制了S-N曲线,通过对比验证了计算结果的准确性,形成一套复合材料层合板冲击后疲劳寿命预测数值计算模型。     

T700/3234碳纤维层合板的拉伸疲劳特性分析

通过对T700/3234碳纤维复合材料层合板进行静力拉伸试验和拉-拉疲劳试验,得到层合板的拉伸性能、疲劳寿命和刚度衰减规律,然后采用数值分析方法对层合板的拉伸强度进行预测,并对碳纤维层合板的疲劳S-N曲线以及疲劳刚度衰减进行了研究。结果表明:采用逐渐累积损伤的数值方法所得到的拉伸强度与试验结果较为吻合,根据疲劳理论拟合得到的S-N曲线和刚度衰减曲线很好地描述了材料的疲劳性能,为研究T700碳纤维层合板的疲劳损伤演化提供了重要参考。     

含孔复合材料层合板的疲劳寿命研究

建立了三维有限元模型,分析了复合材料层合板的应力场。使用修正Hashin失效准则判定复合材料的失效模式,并突降失效单元的材料性能。疲劳载荷引起复合材料刚度降和强度降依靠缓降模型实现。笔者将突降模型和缓降模型植入有限元模型中,模拟了复合材料层合板在拉伸和压缩疲劳载荷下的渐进损伤过程,并计算了层合板的纵向刚度损伤和疲劳寿命。层合板的纵向刚度损伤具有三阶段特点,与试验观察是一致的。层合板疲劳寿命预测值与试验值吻合地很好。     

T700/QY8911缝合复合材料层合板的拉伸与疲劳性能

对T700/QY8911缝合复合材料层合板进行了静载拉伸试验和拉-拉疲劳试验,研究了不同缝合方向[0/90]4s和[0/45/90/-45]2s铺层层合板的拉伸和疲劳性能;建立了T700/QY8911缝合复合材料层合板有限元模型并对其弹性模量进行了模拟。结果表明:缝合能明显提高复合材料层合板抵抗分层破坏的能力;缝合层合板在静拉伸载荷下呈线弹性材料的特点,当载荷达到峰值时,缝合层合板具有后续承载能力,而未缝合层合板在峰值后承载能力出现连续下滑,并发生最终破坏;缝合层合板在拉-拉载荷下的疲劳刚度衰减曲线呈三阶段函数特征;缝合层合板的纵向弹性模量的有限元计算结果与试验结果吻合较好,证实了模型的有效性。     

湿热环境下树脂基复合材料层合板强度分析方法

考虑湿热环境对复合材料的影响,在经典层合板理论的基础上对本构模型进行修正,使用逐渐累积损伤分析方法建立湿热环境下层合板强度预测模型.以T300/BMP316含孔板为研究对象,在ANSYS有限元软件中开展不同湿热环境下的拉伸强度数值仿真预测研究,预测结果与试验结果相比误差在±5％以内,证明了模型的可靠性.     

湿热环境下树脂基复合材料层合板强度分析方法

考虑湿热环境对复合材料的影响,在经典层合板理论的基础上对本构模型进行修正,使用逐渐累积损伤分析方法建立湿热环境下层合板强度预测模型.以T300/BMP316含孔板为研究对象,在ANSYS有限元软件中开展不同湿热环境下的拉伸强度数值仿真预测研究,预测结果与试验结果相比误差在±5％以内,证明了模型的可靠性.     

湿热环境下树脂基复合材料层合板强度分析方法

考虑湿热环境对复合材料的影响,在经典层合板理论的基础上对本构模型进行修正,使用逐渐累积损伤分析方法建立湿热环境下层合板强度预测模型.以T300/BMP316含孔板为研究对象,在ANSYS有限元软件中开展不同湿热环境下的拉伸强度数值仿真预测研究,预测结果与试验结果相比误差在±5％以内,证明了模型的可靠性.     

层压复合材料剪切疲劳寿命预估

将Iosipescu剪切强度测试方法推广到剪切疲劳试验.以碳纤维/树脂基T300/QY8911复合材料层压板为研究对象,对三种多向铺层试件进行剪切疲劳试验.用一种疲劳损伤累积模型和自行开发的有限元/疲劳寿命分析程序预测被试多向层压板的剪切强度,模拟局部疲劳失效演变的过程,给出疲劳寿命和剩余强度预估结果,比较两种静强度准则(Tsai-Hill准则和Puck修正准则)对预估结果的影响.寿命预测结果与试验结果基本相符.     

基于累积损伤的三维复合材料层合板疲劳寿命研究

基于渐进疲劳损伤模型,建立复合材料层合板的三维疲劳寿命预测模型,模型以单向板单轴疲劳试验数据为基础,结合正则化剩余刚度模型、正则化剩余强度模型和等寿命曲线,通过层合板三维应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代进行疲劳寿命计算,在Ansys软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,估算不同铺层参数层合板在单轴和多...     

含分层复合材料层合板拉伸剩余强度研究

以T300/BMP316复合材料层合板为研究对象,开展了含预制分层层合板的静拉伸试验及静强度预测方法研究.通过试验获得含预制分层层合板的拉伸剩余强度.基于三维逐渐损伤分析方法,采用双层节点法模拟初始分层,建立了含分层复合材料层合板的静载逐渐损伤分析模型,静强度预测误差在5％以内.采用所建立的方法对分层处于不同层间位置的...     

复合材料层合板疲劳寿命的可靠性分析

基于唯象的剩余强度衰减模型与蔡－希尔静强度判据,建立单向层合板在任意复杂面内应力作用下的疲劳失效准则。利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,并对其进行可靠性评估。根据Ｔ３００／ＱＹ８９１１的三种典型层合板［０］１６、［９０］２４和［±４５］３Ｓ的拉—拉疲劳试验结果,利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,结果表明寿命服从Ｗｅｉｂｕｌ分布。     

星轮的模态分析和疲劳分析

应用Ungraphics（UG）软件建立了单螺杆压缩机星轮的实体模型,利用ANSYS软件对星轮进行有限元模态分析,采用BLOCK LANCZOS方法进行模态计算,得到了星轮在固定约束下的前6阶固有频率及其对应的振型。使用兰德格拉夫损伤公式计算出了星轮疲劳寿命为1．60年。这些结果对星轮的设计、制造及维修有重要意义。     

基于Pro/E和ANSYS Workbench的四缸发动机曲轴有限元模态分析

曲轴是发动机的重要组成部分,其振动特性对整个发动机的NVH有重大影响。本文采用三维设计软件Pro/E,建立四缸发动机曲轴的三维实体模型,利用ANSYS Workbench软件对曲轴进行模态分析,得到其固有频率和振型。这不仅为曲轴的设计避开共振提供了一定的参考,而且为曲轴的优化和改进设计提供了理论依据,并有助于曲轴的瞬态动力学分析,以及变负荷瞬态工况下曲轴的受力情况、应力与疲劳寿命预测的求解。     

复合材料修补结构的疲劳寿命预测方法

针对复合材料修补结构应力分布复杂的特点,在剩余强度衰减模型的基础上引入局部应力应变法的分析思想,建立起复合材料修补结构的疲劳寿命预测模型.在剩余强度衰减模型和希尔提出的各向异性材料塑性条件基础上建立单向层合板在任意应力状态下的疲劳破坏准则.     

基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用,但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义,将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型,新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命,不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响,而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命,从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果的误差都在5%以内,结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。     

基于均匀化方法的双向铺层层板弹性性能计算及优化设计

基于均匀化方法对双向铺层复合材料层板等效弹性参数进行预估，通过均匀化方法有限元模型的分析，说明对双向铺层弹性参数单胞模型处理是合理的。在预估的等效弹性参数基础上，对其自振频率进行优化设计，结果表明文中方法是可行的。     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。     

液压挖掘机臂杆结构疲劳寿命预测方法研究

液压挖掘机臂杆结构承受复杂的冲击载荷,其疲劳寿命存在许多不确定性因素。首先采用Miner准则,依据实验载荷谱和有限元方法对液压挖掘机工作装置寿命进行了预测。其次研究了结构疲劳寿命变化过程和灰色理论预测模型内在规律的一致性,建立了液压挖掘机工作装置疲劳寿命的灰色预测GM模型,并分别运用GM模型的两种形式--GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型对液压挖掘机工作装置进行疲劳寿命预测。分析比较Miner准则、GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型三种预测方法。结果表明,三种预测方法结果基本一致,灰色系统模型同Miner准则模型相比误差明显减小且非线性幂模型具有更高的预测精度。基于灰色理论的GM(1,1)幂模型考虑了非线性因素,更适合于液压挖掘机工作装置结构疲劳寿命预测。     

高频疲劳试验机振动系统动力学特性分析

根据振动学共振理论,建立了高频疲劳试验机振动系统的动力学模型。通过对数学模型的求解,得出试验机的固有频率。在此基础上,通过ansys软件对试验机进行了模态分析,得到了各阶工作频率下的振型图。以上理论为工程人员提供了设计依据,可依此对试验机进行优化设计,从而得到更合理的结构尺寸,并为产品的系列化提供有效的参考。     

基于载荷时间历程的休闲椅机械装置的疲劳分析

针对休闲椅在使用过程中的疲劳损坏问题,结合人机工程学理论设计了一款休闲椅,并建立了三维模型。对休闲椅的疲劳寿命分析的方法进行了归纳,提出了一种基于时间历程载荷的休闲椅疲劳寿命分析方法:根据QB/T 4191-2011标准在ANSYS中进行瞬态力学分析,找出了机械装置中应力较大的杆件;之后在虚拟样机中进行了运动学仿真,校验模型,得出了危险杆件的载荷-时间历程;联合ANSYS和Design Life对危险杆件进行了疲劳寿命分析;最后,制作样机并进行了测试。分析结果表明:测试结果与疲劳分析的结果相符,也验证了该分析方法的准确性,为相关研究分析提供了参考。