纤维参数对纤维取向及塑件变形影响模拟研究

采用Moldflow软件对短玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型矩形平板塑件的成型过程进行模拟,重点研究纤维含量(A)、纤维长径比(B)和纤维间相互作用系数(Ci)对平均纤维取向(D)和制品变形(E)的影响,进一步探究短纤维增强聚合物注塑成型的特点.研究表明:A、B对D及E的影响较复杂,且存在一个最佳值;随着B的增大,D先增大后减小,再增大;而E随B的增大呈先增大后减小的趋势(B=1除外);随着Ci的增大,D呈减小,E呈先减小后增大的趋势.收缩是引起塑件变形的主要因素.塑件变形在三维空间的Z方向的变形量最大,在熔体流动(X方向)及垂直流动方向(Y方向)的变形量均相对较小.     

短纤维增强注塑制品的力学性能分析

将短纤维增强注塑制品看作多层板并分析了注塑制品的有效弹性性能.采用Tandon-Weng模型计算了单取向短纤维增强复合材料的弹性性能,采用取向平均法计算了具有任意平面取向的单层板材料弹性常数,运用层合板理论建立了短纤维增强注塑材料的有效弹性模量计算模型.测定了特制试样中的纤维取向分布,计算了有效弹性模量,并与实验结果对比证明这种方法是有效的.     

纤维铝合金胶接层板残余应力分布

本文采用准三维有限元方法,计算对称铺设混杂复合层板在固化时产生的残余应力,给出了芳纶纤维/树脂-铝合金层板,在自由状态和施加预应力情况下的残余应力计算值,以及不同温度变化下残余应力计算值。本文还给出铝合金-玻璃纤维/树脂-芳纶纤维/树脂层板,在自由状态下固化时的残余应力值。某些计算结果与应变片包埋法实验测得的层板残余应力值十分吻合,表明了计算方法的正确性。用准三维有限元分析残余应力的方法,为设计和制造出满足最佳力学性能要求的层板提供了有价值的参考。     

长纤维增强聚合物注塑流动纤维取向分布数值模拟

基于Hele-Shaw流动模型及广义牛顿流体本构方程,采用ARD-RSC取向模型,建立了长纤维增强聚合物注塑成型流动数学模型。以方形薄板为研究对象,运用Moldflow对注塑流动过程进行模拟,研究注射时间、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维取向及分布的影响。结果表明,注射时间对纤维取向的影响最为显著,随着注射时间延长,纤维取向值增加;随着熔体温度或模具温度的升高,纤维取向值减小;保压压力对纤维取向的影响与速度/压力转换点有关。     

树脂基纤维复合材料的热残余应力数值分析

以环氧树脂R368-1/硼纤维复合材料为研究对象,采用柱体单胞结构,建立了三维有限元分析模型。考虑试样加工制备过程和常温使用时的温度差,对残余应力分布特点和应力水平进行了讨论,给出了应力分布云图和应力沿径向的分布规律。进一步考察了纤维体积分数、温度差和附加界面层对残余应力分布的影响,结果表明,基体主要受拉伸应力作用,纤维主要受压缩应力作用,纤维体积分数增加和附加界面层有助于改善复合材料中残余应力的分布,试样制备温度的升高对纤维中应力的增加具有较大影响。     

水电站合拢焊缝残余应力的数值模拟

采用有限元方法，通过计算机对水电站合拢焊缝残余应力进行了数值模拟，并将其与实测结果进行了比较，两者基本上一致，证明该方法是一种经济而有效的焊接残余应力预测方法，可为制订焊接工艺时控制残余应力提供参考。     

纤维缠绕复合材料固化过程残余应力/应变的三维数值模拟

采用有限元分析软件ABAQUS,对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算。采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序,该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变。算例结果表明：复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零,当固化到一定阶段,残余应力迅速增加并且很快达到最大值,在降温阶段释放了部分的残余应力;在整个固化过程中,金属内衬受到压应力,而纤维缠绕层受到拉应力。本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数,提高制件的质量。     

考虑纤维随机分布的复合材料热残余应力分析及其对横向力学性能的影响

建立了考虑纤维随机分布并包含界面的复合材料微观力学数值模型,模拟玻璃纤维/环氧复合材料固化过程中的热残余应力。通过与纤维周期性分布模型的计算结果进行对比,发现纤维分布形式会对复合材料的热残余应力产生重要影响,纤维随机分布情况下的最大热残余应力明显大于纤维周期性分布的情况下。研究了含热残余应力的复合材料在横向拉伸与压缩载荷下的损伤和破坏过程,结果表明:热残余应力的存在显著影响了复合材料的损伤起始位置和扩展路径,削弱了复合材料的横向拉伸和压缩强度。在横向拉伸载荷下,考虑热残余应力后,复合材料的强度有所下降,断裂应变显著降低;在横向压缩载荷下,考虑热残余应力后,复合材料的强度略有下降,但失效应变基本保持不变。由于热残余应力的影响,复合材料的横向拉伸和压缩强度分别下降了10.5%和5.2%。      

闭合近似模型对短纤维增强塑料制品力学性能预测的影响

闭合近似模型对准确预测短纤维增强塑料制品成型中的纤维取向和力学性能起着至关重要的作用。为准确预测成型中的纤维取向,已提出了一些有用的闭合近似模型。然而,这些模型对于力学性能的影响则关注较少。文中利用实验测得的二阶取向张量数据,采用取向平均方法,对已有的闭合近似模型进行了测试。结果表明,改进的正交拟合近似模型最为接近实验结果,而广泛使用的混合近似模型与实验结果存在较大误差。     

短玻璃纤维增强聚合物注塑充填过程及纤维取向数值模拟

基于Hele-Shaw理论及广义非牛顿流体本构方程,建立了纤维增强聚合物三维薄壁注塑成型充填阶段数学模型,根据Folgar-Tucker取向模型,建立了纤维取向张量模型。采用Moldflow对拉伸试样的注塑流动过程进行模拟,研究纤维含量f和纤维间相互作用系数Ci对纤维取向的影响。结果表明,随着Ci增大,平均纤维的取向性呈减小的趋势;试样不同部位的纤维取向不同;f对纤维取向性影响较小,且存在一个最佳含量百分比数值。     

聚碳酸酯光学制品注塑成型的残余应力EI北大核心CSCD

采用单一变量实验考察了不同注射工艺参数对光学制品双折射的分布规律,通过应力-光弹定律计算了对称轴上残余应力值。用Moldflow软件对制品成型过程中型腔内流场进行模拟,分析了厚度方向应力的变化。结果表明,沿熔体流动方向上,制品残余应力是逐渐减小的,浇口附近有应力集中;在合理工艺范围内,适当提高成型温度和模具温度,延长保压时间和冷却时间有助于减小制品的残余应力,保压压力和注塑速度应适中才能改善制品的成型质量。     

纤维缠绕复合材料起伏区域残余应力

针对纤维交叉起伏区域残余应力,建立一种细观分析模型。基于热传导方程、固化反应动力学模型和复合材料层合理论,采用有限元方法和细观分析模型,对缠绕复合材料在固化工艺过程中的残余应力分布及其变化规律进行数值模拟。通过算例,研究纤维起伏区域残余应力的分布特点,结果表明:起伏纤维束不同位置处残余应力差别很大,层合区纤维束呈现拉应力状态,起伏区纤维束呈现压应力状态,富树脂区出现最大压应力;残余应力沿纤维束起伏方向呈现V型变化趋势,在纤维束上不同位置出现拉、压不同的应力状态,起伏角度最大处出现最大压应力。     

焊接残余应力数值模拟的研究与发展

分析了用有限元法计算焊接残余应力的基本理论,其中包括温度场和应力场的数值模拟,介绍了焊接残余应力数值模拟方法的近期研究成果,并探讨了焊接残余应力数值模拟技术的发展趋势.     

低强匹配对接接头焊接残余应力的数值模拟分析

本文采用数值模拟方法,分析了低强匹配对接接头2种拘束条件、5种屈服强度匹配系数的焊接残余应力。结果表明,低强匹配接头焊根处的三向残余拉应力较小,对静载强度影响不大;焊趾处的三向残余拉应力较大,对疲劳强度和冷裂倾向有不利影响。自由状态的纵向残余应力和两端约束状态的横向残余应力,焊缝金属屈服强度每降低25MPa,其残余应力减少约11MPa。     

考虑相变的铝合金管焊接残余应力数值模拟

以铝合金薄壁管的对接接头为研究对象,根据实际情况建立了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,运用SY-SWELD软件在考虑相变情况下对其焊接过程温度场与轴向和环向残余应力分布进行数值计算与分析,与实验结果进行对比验证了该模型的准确性。此外,还分析了铝合金管半径变化对残余应力分布的影响规律。结果表明:相变对轴向最大拉应力与环向最大拉应力和压应力都有明显的影响,且考虑相变能更准确地模拟轴向和环向残余应力;在考虑相变情况下,焊接残余应力随半径的增大而增加;并且在不同的半径条件下,距焊缝中心不同距离上的应力分布有着一致的变化趋势。     

注射成型聚苯乙烯的取向和残余应力

设计带压力传感器和热电偶的矩形模具,进行聚苯乙烯不同工艺条件注射成型实验,通过测试双折射３个热直方向的分量,分析工艺条件对制品性能的影响。最后讨论注射成型制品中的取向分布和残余应力。     

自增强反应管残余应力的测试

介绍一种用Ｘ射线法测试自增强反应管残余应力的方法，并将试验结果与常用的镗削法加以比较，结果表明Ｘ射线法可以用于自增强管体的残余应力测试。     

数值计算模拟复合材料固化中夹杂气泡的影响和残余应力的变化

复合材料的固化有着复杂的内部过程,传统的工艺条件难以保障产品的质量。影响复合材料成型质量的主要因素为树脂基体内的气泡的增长和各铺层之间的残余应力,本文作者分析气泡和残余应力形成的机理,建立过程模型,并编制计算机程序模拟计算气泡的增长和残余应力的形成,为复合材料成型工艺的设计提供依据。     

焊接过程对焊接残余应力及残余变形的影响

采用热弹塑性有限元法，对直通焊和多人同时分段焊两种焊接过程的平板对接焊时焊接应力变形和圆柱壳板环缝的焊接变形进行比较，认为多人同时分段焊直通焊无论在降低焊接残余应力还是焊接残余变形都具有非常显著的效果。