飞机焊接加筋壁板拉伸强度预估方法研究

对民机焊接加筋壁板结构的拉伸强度预估方法进行研究,依据复合材料力学中弹性模量混合律,提出一个预估飞机壁板结构拉伸强度的理论公式,并通过引入焊接接头的力学性能、离面弯矩、长桁截面形状、蒙皮应力集中等4个系数,反映各因素对壁板结构强度的影响。通过与飞机新型搅拌摩擦焊接铝锂合金壁板拉伸试验结果比较可知,理论计算值比试验值大3. 81%,误差较小,证明了本研究所建立的理论公式具有一定的可靠性和正确性,所述的预估方法可为焊接加筋壁板结构的选材、工艺性能的改进和航天设计人员预估飞机壁板强度值提供参考。此外,利用有限元方法对两组具有不同焊缝状态的壁板的拉伸力学行为进行了模拟分析,结果表明焊接加筋壁板在拉伸破损失效过程中,焊缝开裂状态对壁板抗拉强度无太大影响,同时通过有限元应力云图可以观察到壁板的高应力区,显示壁板的失效过程,在今后对新型民机焊接壁板结构的设计和选材预研阶段,可以通过有限元模拟替代飞机壁板大型结构件拉伸试验,减少预研的周期和成本,提高试验的效率。     

湿热环境下复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲行为的有限元模拟

制备了CCF300碳纤维/BA9916-II环氧树脂复合材料加筋壁板,研究了该加筋壁板在干态和湿热状态下的压缩行为;建立加筋壁板有限元模型,使用经验公式对湿热环境下的材料参数进行修正,通过模拟分析了不同状态加筋壁板的压缩屈曲与后屈曲行为,并进行了试验验证。结果表明：加筋壁板在干态与吸湿状态下均有较强的后屈曲承载能力;湿热环境会对加筋壁板稳定性与承载能力造成较大负面影响,随吸湿时间延长,其屈曲及破坏载荷均呈先快后慢的下降趋势;模拟得到干态加筋壁板的屈曲载荷和破坏载荷与试验结果的相对误差分别为3.1%和5.2%,吸湿饱和态下的相对误差分别为5.6%和6.9%,误差较小,证明了所采用模拟方法的准确性和所建立有限元模型的合理性。     

压剪复合载荷作用下的复合材料加筋壁板设计与试验验证

壁板结构作为飞行器重要的组成部分,在积木式验证体系中占比庞大。在飞机服役过程中,壁板结构真实的受力状态一般不会是单一的压缩或剪切,而是复合载荷状态。国内以往受限于复杂载荷边界条件下壁板试验方法及装置的局限性,在飞机设计过程中,常通过盒段试验来进行壁板选型。目前,中国飞机强度研究所自主研发了复杂载荷壁板试验装置。文章在该装置上对复合材料加筋壁板进行了压剪复合载荷试验,基于数字图像相关技术和应变片测量技术结合的方法对试验全过程进行监测,并对试验过程及结果进行了分析。结果表明,加筋壁板在承受复合载荷作用时的破坏模式主要表现为三类：一是在试验件中上部呈典型剪切失效模式,沿试验件剪切加载方向撕裂;二是试验件右下角加强片处由于压缩载荷作用发生断裂;三是在侧边加强片与蒙皮交界处发生大面积裂开,可能与压缩/剪切载荷的复合作用有关。     

超高压管式反应器极限载荷的试验与有限元分析

基于试验法与有限元模拟法,应用三种确定极限载荷的准则,确定了超高压管式反应器的极限载荷,并进行了对比分析。结果表明,在较高内压作用下,超高压管式反应器的中间部位易最先达到极限承载状态;由零曲率准则确定的极限载荷与试验值、有限元模拟值更为接近,较适合用于确定极限载荷;试验值与有限元模拟值之间的相对误差仅为0. 49%,说明通过有限元模拟法确定极限载荷是准确、可行的。通过试验与有限元分析为超高压管式反应器的设计、运行提供了参考。     

多层U形波纹管轴向刚度及临界载荷的有限元分析

研究多层U形波纹管轴向刚度及临界载荷的有限元计算,并与采用工程实际经验公式的计算结果和该波纹管的试验结果作比较。同时考虑波纹管层与层之间的接触条件、波峰到波谷变壁厚以及用单层等效厚度来模拟多层波纹管等不同条件对有限元计算的影响。     

内压载荷作用下含缺陷弯头的塑性极限载荷有限元分析

采用三维弹塑性有限元技术,对内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷进行了系统分析。结果表明,裂纹削弱系数(PL/PL0)与厚径比(t/rm)无关,在实际工程应用中可忽略厚径比对裂纹削弱系数的影响。裂纹对长半径弯头的塑性极限承载能力影响程度明显大于对短半径弯头的。     

圆螺纹套管接头的抗压缩极限载荷分析

采用非线性有限元方法，以API8牙圆螺纹套管接头为研究对象，在标准锥度公差条件下，模拟套管接头的上扣过程，计算分析上扣过程中内、外螺纹导向面和承载面上的应力分布，并对套管接头在压缩工况下的承载极限进行分析，得到套管接头在压缩载荷下的失效形式，失效载荷，并提出相应的失效判据。     

含局部减薄缺陷管道的极限载荷分析

建立了含缺陷管道失效的数值模型,采用非线性有限元方法对其极限载荷进行了研究,分析了局部减薄缺陷参数对管道极限载荷的影响,并将计算结果与API579准则的评价结果进行了对比,分析了二者产生差异的原因。研究结果表明,极限载荷随缺陷深度和缺陷长度的增加而呈明显下降趋势,但当缺陷长度达到一定值时,其继续增加对管道极限载荷的影响不再明显。缺陷长度较小时,有限元计算结果与API579准则给出的结果相吻合;缺陷深度和长度都较大时,API579准则并不适用。     

内压作用下局部减薄弯头的极限载荷的有限元分析

管道的弯头在使用中极易受到介质腐蚀或冲蚀作用而会发生局部减薄 ,降低使用安全性。对带有此类缺陷的直管已有评定方法 ,但此方法并不适用于弯头。本文采用有限元方法分析了内压作用下带有局部减薄弯头的极限载荷 ,所得出的结果可作为建立弯头局部减薄评定方法的基础     

碟形封头与筒体连接结构的极限载荷分析

对某内压作用下薄壁容器的碟形封头与筒体连接结构进行了非线性有限元分析,采用了Newton-Raphson算法,得出了最危险点的载荷-位移曲线,进而通过两倍弹性斜率法得到了该结构的极限载荷值。采用正交设计法,研究了封头的壁厚、筒体的壁厚及封头的转角半径对连接结构极限载荷的影响。研究结果表明结构的最大应力位于碟形封头过渡区,对极限载荷的影响由大到小依次为封头壁厚、筒体壁厚以及封头的转角半径,为今后进一步的优化设计提供了依据。     

承受轴压的X管节点极限荷载有限元分析

采用有限元法分析轴力作用下X管节点所能承受的极限荷载。在对X管节点进行数值模拟的时候,考虑焊缝对其强度的影响。在有限元分析中,采用分区网格产生法形成X管节点的有限元网格,即把整个X管节点根据计算精度的需要划分成几个不同的子区域,每个子区域的网格单独产生,整个管节点的有限元网格通过合并各个子区域的网格而形成。这种分区网格产生法可以针对不同应力梯度的区域形成不同质量和精度的网格,从而可以保证有限元结果的准确性并节省存储空间和计算时间。在分区网格法的基础上,用ABAQUS(2000)通用软件分析X管节点在承受压力作用时的荷载和位移之间的关系,并得到X管节点所能承受的极限荷载大小。此外,通过对50个X管节点模型进行分析,研究几何参数以及材料参数对X管节点极限荷载的影响。     

确定结构极限载荷的有限元简化算法

基于线性硬化材料形变理论，本文提出了一种计算结构极限载荷的有限元简化算法。与传统的弹塑性增量有限元方法相比，本方法可以避免每一增量步的平衡迭代和在每个高斯点的本构方程的积分，同时该方法不仅理论简洁，而且易于编制成程序或耦合入其他有限元程序中。     

FM锻造法的试验与有限元分析研究

本文利用了一种简化8结点单元对FM锻造法做了有限元三维分析。此种简化单元在垂直试件某对称面方向仅取一层,并假定起始垂直该对称面诸边在变形过程中仍保持垂直。计算出之工件尺寸及形状变化与实验测定值十分相符。对FM法与普通拔长的计算结果作了比较后,证明FM法对压实芯部孔隙具有一定的效果。本文还就所用模拟材料对FM法锻造的最佳工艺参数提出了建议。     

含中心圆孔有限板动应力集中问题的有限元分析

基于有限元软件ANSYS的计算，对含有中心圆孔的有限板在板边界受到上阶跃波的作用时孔边动应力集中的响应进行分析。得到不同无量纲几何尺寸以及无量纲波数下的动应力响应曲线，并由此得到一些关于动应力响应规律性的结论。另外，对动应力集中系数、最大动应力与静态特征进行比较，并对比较结果进行讨论。     

某重型变速箱端盖强度有限元分析及试验研究

目前结构优化步骤一般是先有限元建模,后优化分析。为提高分析精度,进而确保结构优化结果的合理性,需要对有限元模型进行验证。针对我国某重载变速箱箱体左端盖进行有限元分析。根据有限元分析结果选取测点并实测载荷。用端盖实测载荷谱对有限元模型进行验证。经数据分析后发现,齿轮啮合产生的动态载荷是静态载荷的1. 1～2. 3倍左右,但是前期有限元分析却没有考虑动载的影响,这会导致端盖在服役过程中发生早期失效。最后结合间接获得的动载系数修正载荷的边界条件,使得修改后的有限元模型精度提高。为后期的优化设计提供了精确的模型。     

裂纹转子不平衡响应的有限元分析

首先由应力强度因子积分得到含裂纹轴段单元体的刚度矩阵，继而建立了含裂纹转子系统的运动微分方程。通过数值计算得到含裂纹转子系统的振动特性随裂纹的开闭、随裂纹的位置及深度间的变化关系。选定对裂纹比较敏感、又能反映结构动力特性的不平衡响应轨道（轴心轨迹）作为诊断裂纹的依据，编制了不平衡响应计算和动力分析程序。仿真试验结果表明，本文的裂纹诊断的有限元分析方法是可行的，具有较高的精度。     

板的弹塑性断裂随机有限元分析

在幂律非线性随机有限元基础上,借助小扰动随机性概念,系统地提出解决板的弹塑性断裂随机有限元分析方法,并给出以单边裂纹板为例进行弹塑性断裂参数及其对基本随机变量变化率数值计算的算例和方法的应用说明.     

未确知桁架结构有限元分析的未确知因子法

文中构建物理参数、几何参数和载荷同时具有未确知性的桁架结构有限元分析模型，并提出基于未确知因子法的结构分析方法；利用未确知因子的数学表述和未确知有理数的运算规则，推导出结构位移响应和单元应力响应的计算表达式。算例给出未确知性结构的响应可能值及其可信度的计算结果，表明该方法的可行性和有效性。     

弹性接触问题有限元分析的一个新方法

小变形弹性接触问题属于边界条件几何非线性问题弹性接触问题的非线性,是由于接触点的接触条件引起的。本文提出的有限元混合法适于求解此类局部非线性问题。该方法是利用弹性体的刚度矩阵求出接触边界的接触内力的影响系数矩阵,再由接触边界的连续性条件求解接触内力,从而把非线性问题转化到局部求解。计算表明：对求解此类复杂非线性问题,该方法在计算速度和机器存贮上仅比求解一般线性问题的花费略有增加甚至相当。