船体开孔薄板面内剪切屈曲特性研究

船体板材不可避免地存在不同形式的开孔,开孔破坏了结构的连续性,对结构的强度、稳定性具有重要影响,因此研究船体板开孔结构的屈曲特性对保证船舶安全十分重要。在面内载荷作用下,通过画框型剪切夹具、3D全场变形测量-分析系统等对两种不同形式的船体开孔薄板进行剪切屈曲试验,获得了圆形开孔板和方形开孔板的临界屈曲载荷、全场位移/应变信息和拉力-伸长率曲线等;考虑试验夹具的影响,基于Abaqus对不同形式的开孔板进行数值仿真,通过对开孔板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,获得了两种不同形式船用开孔薄板的屈曲、后屈曲力学响应信息。通过数值仿真与试验结果的对比研究,验证了数值仿真方法的有效性、准确性。在此基础上,重点剖析载荷-伸长率关系、典型时刻板面全场位移、临界屈曲载荷以及开孔边缘的应力分布响应特征,明确了面积等效情况下圆孔和倒圆角方孔对方形薄板剪切稳定性的影响。为船用薄板面内剪切稳定性的试验和仿真研究以及大型船体结构的设计优化、力学性能评估等提供有益参考。     

穿透裂纹对开口复合材料柱壳屈曲性能的影响

为了解决复合材料柱壳结构成型过程中产生裂纹的问题,为复合材料柱壳类结构设计与质量控制提供参考,文中采用有限元方法分析了含穿透裂纹开口复合材料柱壳的压缩屈曲性能,分析了裂纹长度与方向的影响。结果表明,45°方向的穿透裂纹,其长度小于130mm时,柱壳屈曲强度随裂纹长度的增长略有下降;超过130mm,屈曲强度明显下降。对于定长裂纹,随着裂纹方向角的增加,结构的屈曲强度不断降低。裂纹对柱壳压缩屈曲强度的影响程度本质上取决于裂纹对原有载荷传递路径的影响程度。     

初始几何缺陷对仓壁柱承钢筒仓稳定性能的影响

仓筒壁直接支承于支柱是小型钢筒仓的一种简单、经济的支承方式。薄壳结构通常对初始几何缺陷十分敏感。引入周向轴对称焊缝凹陷和特征值屈曲模态两种缺陷形式,通过几何非线性分析,研究初始缺陷对轴压下仓壁柱承筒仓稳定性能的影响。研究表明,周向焊缝凹陷会显著降低结构的屈曲荷载,且与焊缝位置密切相关,而特征值模态缺陷只有在支柱接近仓顶时才会显著影响其屈曲强度。     

风机塔筒流固耦合分析与受力监测研究

为研究大型风力机塔筒在随机风荷载下的受力和变形特性,用AR法模拟脉动风,基于ABAQUS协同仿真平台对风力机进行流固耦合分析,得到了塔筒的内力和变形,并与常规静力计算结果和实测结果做了相关对比。分析表明:塔筒最大应力出现在底、中段塔筒的连接部位,门洞因洞轴线与主风向垂直并设有门框,其周围未出现明显应力集中;忽略塔身风荷载会对塔筒最大应力控制点的位置造成偏差,考虑脉动风的流固耦合分析所得结果与实测结果接近,可较真实地反映塔筒内力和变形随时间的变化特性。     

带脱层的复合材料层板的屈曲分析

用基于Mindlin 板理论的有限元方法进行了带脱层损伤的复合材料层板的屈曲载荷分析。为了获得物理上可能的屈曲模态, 即避免上下脱层的相互贯穿, 在接触区域引入一些假想弹簧, 并给出了这些假想弹簧刚度系数的计算公式和接触计算的迭代格式, 通过这些弹簧对原始刚度矩阵进行修正可以有效地求解屈曲载荷特征值分析中的接触问题。数值计算结果表明了本算法的有效性和引入接触分析对这类屈曲分析的重要性。同时, 还对脱层的大小、形状、位置和脱层的纤维铺层方向对屈曲载荷的影响进行了研究。      

矩形大开孔薄壁圆筒真空室的强度及屈曲分析

本文运用三维有限元分析方法，对薄壁圆筒真空室上有大面积矩形开孔和接管的一类真空室进行了应力分析，并依据第三强度理论给出了应力及变形情况。此外，本文还应用特征值法对真空室进行了屈曲分析，得到了其一阶临界载荷和波形。结果表明真空室在承受工作载荷条件下满足强度和稳定性要求。     

湿热环境对航空复合材料加筋板压缩屈曲和后屈曲性能的影响

使航空复合材料加筋板在湿热环境中(70°C、水浴)达到吸湿饱和状态,对普通加筋板(A型)和吸湿饱和加筋板(B型)进行压缩实验。两类加筋板的破坏形貌相似,主要是筋条的断裂、脱粘和壁板的分层、撕裂,但破坏位置显著不同,A型加筋板的破坏位置均在加筋板中部附近,而B型分别在靠近两端的部位破坏,表明B型加筋板的破坏位置具有不确定性。两类加筋板的屈曲形式均为筋条间壁板的屈曲和中间2根筋条的屈曲,但两类加筋板相同位置的失稳壁板的弯曲方向相反,说明湿热环境对失稳壁板的弯曲方向影响较大。B型加筋板在压缩载荷下仍存在后屈曲过程,湿热环境对加筋板的屈曲载荷影响较小,对破坏载荷影响较大,较A型加筋板相比两者分别下降了3.1%和22.2%。     

含孔复合材料点阵夹层结构数值计算方法及其影响因素

针对含孔复合材料点阵夹层结构在面内压缩载荷作用下的失效模式及其影响因素问题,通过实验对含孔复合材料点阵夹层结构失效模式进行了研究;基于3D Hashin准则和Chang-Chang刚度退化准则建立了含孔复合材料点阵夹层结构有限元渐进损伤失效分析模型,并将计算结果与实验结果进行了对比;基于有限元分析方法探讨了开孔形状、开孔率以及开孔位置对其极限承载力的影响。结果表明:当点阵夹层结构面板厚度较大时,含孔复合材料点阵夹层结构的主要失效模式为面板圧溃;通过对比有限元计算结果和实验结果,极限承载力的最大误差约为12%,失效位置与实验结果一致;当点阵夹层结构的对称面与载荷方向平行且孔的中心在对称面上时,面内压缩强度与开孔位置无关,主要受到开孔形状和开孔率的影响;当点阵夹层结构对称面与载荷方向垂直且孔的中心在对称面上时,边距大于一个胞元,面内压缩强度基本不变,边距小于一个胞元,面内压缩强度下降。     

塔筒门朝向对塔筒内散热影响的仿真研究

风电机组塔基变流器工作时产生的热量如果不能被及时排出,就容易引起塔底高温气流的聚集,不利于机组的正常运行。为了解决该问题,在传统机械强制对流换热的基础上,还应该充分考虑外环境来流对塔筒散热的积极作用。因此,该文采用计算流体力学(CFD)技术研究塔筒门朝向对塔筒内通风散热效果的影响;结果表明,从热流场的角度出发,当塔筒门朝向为0°～30°、150°～180°时较为适宜,其中0°为最优朝向,而60°为最不利朝向。仿真计算结果可以为塔筒安装朝向提供理论支持。     

基于Ansys的双A型瓦楞纸板稳定性分析

目的基于Ansys研究大中型运输包装堆码过程中纸质外围框的双A型瓦楞纸板失稳问题。方法使用Ansys软件并结合APDL语言构建双A型瓦楞纸板有限元模型,然后对该模型进行特征值屈曲分析,得到使纸板发生屈曲的最小临界载荷和屈曲后纸板的变形情况,最后改变纸板的高度与长度,再进行多次特征值屈曲分析,分析纸板的高度和长度与纸板临界屈曲载荷的关系。结果纸板的临界屈曲载荷与纸板的长度成正比,与纸板高度的平方成反比。结论纸质外围框双A型瓦楞纸板更加适合包装高度较低的产品,以减少失稳的可能性,当双A瓦楞纸板所承受的力大于临界屈曲载荷时,可以在瓦楞纸板的外表面添加胶合板加强筋,承担一部分的承载压力,从而使瓦楞受力在临界屈曲载荷之下。     

门洞对变压器声屏障声学性能影响分析

门洞有利于变压器声屏障的通风等，但是对屏障声学性能的影响程度却不得而知。以某500 kV变电站主变及其高压侧声屏障（设3.2 m×3.2 m门洞）为对象，开展现场试验和模型预测。试验结果表明，受声点距离屏体越近，声屏障效果越好。声屏障在门洞全开、半开、关闭状态下，可使屏体外8 m范围内的噪声LAeq平均降低3.1 dB(A)、6.9 dB(A)、10.7 dB(A)，站内道路处的噪声SIL平均降低3.7 dB、9.1 dB、13.4 dB。门洞从全开状态转换到半开状态时，屏体外噪声频谱的变化主要集中于中高频，而从半开状态转换到关闭状态时频谱变化分布相对较广。变电站厂界噪声频谱随门洞状态调整的变化也呈现出相似规律。采用通透门洞法可以较好模拟门洞对声屏障的影响，模型预测值与实测值较接近。研究成果可为门洞在变压器声屏障中的应用提供数据支撑。     

基于Rayleigh法的风机塔筒预应力基本频率解析计算方法

风机大型化发展趋势使塔筒高度更高、柔性更大,塔筒直径及壁厚随高度变化更加多样,使传统简化基频解析计算方法计算精度大幅下降,较难满足塔筒设计前期基频估算要求。引入等效壁厚、平均等效当量惯性矩考虑塔筒直径和壁厚沿高度的多种变化情况,简化塔筒刚度计算;基于Rayleigh能量法基本原理,考虑风轮和机舱质量对塔筒预压应力、质量偏心以及塔筒不同变形形式对基频计算的影响,提出了相应的塔筒基频解析计算方法。塔筒数值算例和实验室缩尺试验表明：顶部机舱、叶轮质量偏心对塔筒基频影响较大,解析计算时应考虑其影响;均布荷载变形下的塔筒基频解析值更接近真实值;所提解析法与精细化有限元模型计算值的偏差小于4%,与缩尺模型实测值的偏差小于5%。     

基于有限元法的蜂窝夹层结构稳定性研究

蜂窝夹层结构随面板厚度的逐渐变化会出现不同的屈曲现象。针对连续芯层有限元模型, 求出不同面板厚度时结构的屈曲因子, 并与经验失稳公式预测值进行对比, 两种方法的结果基本吻合。建立考虑芯层几何特征的有限元模型, 进行屈曲分析并研究芯层几何参数对结构稳定性的影响。介绍了一种局部屈曲现象——蜂窝壁屈曲, 提出了相应的失稳预测分析方法, 并与三维有限元分析结果进行比较, 验证该方法的正确性。对承受多轴惯性载荷的蜂窝夹层承力筒结构进行稳定性分析, 通过改变面板厚度和纵横惯性载荷比, 得到一系列有限元解, 给出了相关的多轴惯性载荷相关方程。     

基于弯曲刚度最大分层临界载荷的层压板局部屈曲预测

提出了一种预测含特定分层损伤层压板发生局部屈曲时整体应变的方法。认为含分层子板的局部屈曲载荷由其弯曲刚度最大的分层决定, 因而含有相同最大弯曲刚度分层的不同子板具有相同的屈曲载荷。在已知弯曲刚度最大分层的屈曲载荷的情况下, 根据层压板的轴向刚度公式, 计算出发生局部屈曲时弯曲刚度最大的分层与完好的基板分别承受的载荷, 即得到总载荷, 进而得到层压板的整体应变。用ABAQUS有限元分析软件建立含分层损伤的层压板模型, 使用准静态加载进行了多种分层深度和分层位置下的局部屈曲仿真, 所得局部屈曲载荷符合上述推论。用所提方法预测发生局部屈曲时的整体应变, 结果与有限元结果吻合较好, 此方法可用于建立分层参数识别的参照样本库。     

复合材料翼面壁板轴压稳定性

基于T型长桁铺层数不同的两块复合材料翼面加筋壁板试件SC-1和SC-2,开展轴压稳定性试验研究,并提出一种预测屈曲载荷及最小后屈曲承载能力的工程分析方法,结合有限元特征值屈曲分析方法、有限元弧长法对试件的屈曲载荷、屈曲模态及后屈曲承载能力进行分析。试验结果表明,铺层数较多的试件SC-1的蒙皮局部屈曲应变较高,壁板也具有更高的屈曲载荷。在后屈曲阶段,SC-2加载到试验屈曲载荷的2.4倍未发生材料破坏和长桁蒙皮间脱粘损伤。工程分析方法和特征值屈曲分析能够准确预测壁板的屈曲载荷,最大误差分别为-9.3%和-2.8%,工程分析得到SC-2的最小后屈曲承载能力为试验屈曲载荷的2.09倍。有限元弧长法分析得到两件试件的屈曲载荷误差均小于1%,并具有壁板轴压屈曲模态预测和变形跟踪能力。      

垂直载荷作用下蜂窝纸板的非线性屈曲分析

蜂窝纸板质轻、强度高、抗冲击性能好,广泛应用于包装物流领域,但是由于其屈曲机理非常复杂而不能准确预测其屈曲强度。借助于有限元分析软件ANSYS对垂直载荷作用下蜂窝纸板的屈曲强度进行了特征值和非线性屈曲模拟分析,并对其结果进行了对比分析。结果表明,应用ANSYS软件对蜂窝纸板进行屈曲分析是可行的。分析结果对蜂窝纸板的设计、力学性能研究与测试具有一定的参考价值;非线性屈曲分析结果的精度比特征值屈曲分析高,将两者结合使用可以有效地提高分析的效率和精度。     

复合材料开孔层板压缩渐进损伤试验

为研究碳纤维增强树脂基复合材料开孔层板在压缩加载过程中的损伤起始、演化方式和损伤特点,采用微距拍摄、逐级加载超声C扫描、X光扫描和扫描电子显微镜观测4种观测手段对国产CCF300/5228A[45/0/-45/90]4s、[452/02/-452/902]2s、[454/04/-454/904]s3种铺层方式的开孔层板进行了压缩试验研究。对压缩载荷作用下开孔层板的损伤起始和损伤演化进行了观察和对比。对试验中观测到的纤维微屈曲、纤维挤出、孔边开裂和分层扩展等现象之间的关系进行了分析和说明。试验结果表明:压缩载荷下45°和90°铺层相邻位置为层板易分层位置,含45°和90°铺层相邻位置的开孔层板渐进损伤过程较为明显:开孔层板在压缩载荷下较早出现损伤,损伤的起始和演化缓解了孔边应力集中,促使压缩应变能在孔边逐步释放,推迟开孔层板压缩破坏的发生,提高层板压缩承载能力。研究结果可为材料结构损伤容限设计提供依据。     

基于弯曲刚度最大分层临界载荷的层压板局部屈曲预测

提出了一种预测含特定分层损伤层压板发生局部屈曲时整体应变的方法.认为含分层子板的局部屈曲载荷由其弯曲刚度最大的分层决定,因而含有相同最大弯曲刚度分层的不同子板具有相同的屈曲载荷.在已知弯曲刚度最大分层的屈曲载荷的情况下,根据层压板的轴向刚度公式,计算出发生局部屈曲时弯曲刚度最大的分层与完好的基板分别承受的载荷,即得到总载荷,进而得到层压板的整体应变.用ABAQUS有限元分析软件建立含分层损伤的层压板模型,使用准静态加载进行了多种分层深度和分层位置下的局部屈曲仿真,所得局部屈曲载荷符合上述推论.用所提方法预测发生局部屈曲时的整体应变,结果与有限元结果吻合较好,此方法可用于建立分层参数识别的参照样本库.     

不同蜂窝结构对蜂窝纸板力学性能的影响

在对蜂窝纸板结构进行合理化抽象和假设的基础上,借助有限元分析软件ANSYS对不同尺寸结构的蜂窝纸板进行了特征值屈曲分析与谐响应分析。结果表明,当蜂窝边长一定时,随着蜂窝高度的增加,屈曲强度迅速下降,共振频率先下降后升高;当蜂窝高度一定时,随着蜂窝边长的增加,屈曲强度逐渐下降,但共振频率变化不大,且会在其右侧出现小峰,当蜂窝的边长与高度比在1：1附近时,共振频率最低,为88Hz。     

二维编织复合材料圆柱曲板屈曲性能试验与有限元分析

采用试验和数值模拟方法研究了二维编织复合材料曲板的屈曲性能。为研究曲率半径、长度以及弧长等参数对二维编织复合材料曲板屈曲性能的影响,设计了4组不同曲率半径、长度以及弧长的曲板进行屈曲试验。通过对比4组不同几何尺寸曲板的屈曲载荷与屈曲模态,发现曲率半径减小25%,相应的屈曲载荷增大26.85%,影响最大;弧长增大26.32%,单位面积的屈曲载荷基本不变,屈曲载荷增大23.783%;长度减小42.25%,屈曲载荷提高24.41%。长度对屈曲模态的影响最大,弧长影响次之,曲率半径影响最小。设计相应材料的ASTM标准试验获取材料刚度系数,基于曲板弧形边在飞机结构和试验过程中存在安装和摩擦等影响而存在一定约束,进行曲板四边沿弧线方向存在约束和不存在约束两种简支条件下的屈曲有限元分析。通过试验与有限元的对比,在两种边界条件下模拟载荷能很好地确定试验屈曲载荷的范围。