1.5MW风机叶片根部连接结构强度分析

指在探索一种风机叶片根部复合纤维铺层连接结构强度分析方法,为设计和选材提供参考。叶片根部结构承受的载荷最大,要求其具有足够的强度和弯扭刚度。根部铺层具有一定的周期性,基于复合材料厚板结构有效弹性常数等效方法对某1.5MW风机叶片根部铺层材料进行了性能等效,建立了三维实体模型,确定了边界条件,在ABAQUS中分析得到了叶片根部区域和T型螺栓的应力分布。经校核,结果表明,根部铺层结构和T型螺栓均满足强度要求,验证了该方法的正确性。     

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。     

飞机金属-复合材料副翼结构优化技术

针对飞机副翼结构,讨论了一种金属一复合结构的联合优化设计方法。用拓扑优化方法得到传力路径并对金属骨架布局进行设计。对于金属部件,采用拓扑优化方法进行概念设计,然后通过尺寸优化等方法对各个具体部件进行详细设计。对于复合材料蒙皮,采用三级优化设计方案,从铺设角、铺层比例、铺层厚度、铺层块形状及位置以及铺层次序等多个方面给出层舍板的设计参数,并且在设计过程中充分考虑了制造约束。     

复合材料厚层合板力学性能等效方法研究

基于复合材料三维等效弹性常数理论,分别建立了厚复合材料悬臂梁和三点弯曲厚复合材料层合板的等效模型进行数值分析,并和逐层细分模型结果对比,研究了子层对等效模型位移计算误差的影响,分析了等效模型层间应力的计算精度。研究表明,对于子层厚度比0.2的厚复合材料层合板,采用等效模型进行数值分析,可以得到较高精度的位移-应力分析结果。以等效模型得到的层间应力作为设计约束时,厚复合材料层合板的设计是偏安全的。     

基于有限元的波纹夹层板弹性和热性能等效方法研究

采用有限元分析法对波纹夹层板的代表体单元模型施加位移约束,模拟弯曲变形时线性独立的应变分量,提取弯曲内力。根据夹层板内力与应变的本构关系,求出刚度矩阵。最后考虑温度对弹性常数的影响,得出随温度变化的宏观等效弹性常数。同样,采用有限元方法对不同温度下夹层板热膨胀系数进行等效。对不同温度下等效前后模型的弯曲响应进行比较,误差在4%以内,验证了该方法的有效性。     

基于边光滑有限元法的二维复合弹性空腔声振特性分析

基于弹性梁的弯曲理论和黏弹层线粘弹性理论及黏弹层的耗散性能,将敷设黏弹层和约束层的二维复合弹性空腔的结构域等效成被动约束阻尼梁结构,并考虑结构域与声腔域的声振耦合作用,建立了二维复合弹性空腔的边光滑有限元耦合动力学控制方程.以二维全敷设复合矩形空腔模型为数值算例,通过与标准有限元法的比较,证明了边光滑有限元法具有更高的...     

大型粘弹性复合结构的模态分析

对大型粘弹性复合结构的复模态问题进行了研究和分析。首先根据粘弹性复合结构任一单元的复弹性模量E*,得到该单元的复弹性常数矩阵 D*进而得到该单元的运动微分方程 ,然后按总体节点编号依次迭加 ,得到粘弹性复合结构的整体运动微分方程 ,最后对此类结构的复模态进行了分析。     

三维编织C/SiC复合材料弹性常数预报

基于纤维倾角模型 ,根据层合板理论推导出其弹性常数计算公式。三维编织C/SiC复合材料不同于树脂基复合材料 ,一是纤维模量低于基体模量 ,二是碳纤维在高温沉积热解碳和碳化硅后模量有较大幅度的下降 ,还有较多的空洞存在。考虑到这些因素对三维编织C/SiC复合材料弹性性能的影响 ,编制了相应的C语言计算程序 ,预报了三维编织C/SiC复合材料的纵向弹性性能 ,对程序计算结果进行了分析讨论。另外 ,通过力学实验来验证了理论分析的可靠性。     

含孔复合材料层合板在压缩载荷下的三维逐渐损伤

通过逐渐损伤分析可以清楚地了解承载复合材料层合板内部损伤的产生及扩展过程,应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术,对不同材料不同宽孔比的含孔复合材料层合板在压缩载荷作用下的逐渐破坏过程进行分析,综合考虑了基体开裂、基纤剪切、分层及纤维断裂等四种复合材料层合板的主要破坏模式。在通用有限元分析软件ANSYS基础上进行二次开发,编制了参数化的分析模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度和铺层厚度层合板在压缩载荷作用下的逐渐损伤破坏过程及最终失效载荷,通过与已有参考文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。该程序可以较大程度地提高最终失效载荷的预测精度,为复合材料层合板结构的设计和使用提供了有力的技术支持。     

含圆孔复合材料层合板在拉伸载荷下的破坏机理

综合考虑了基体开裂、基纤剪切、分层及纤维断裂等四种复合材料层合板的主要破坏模式,同时在通用有限元分析软件ANSYS基础上进行二次开发,编制了参数化的分析模拟程序,应用此三维逐渐累积损伤理论和有限元模拟方法,对两种不同铺层参数的含圆孔复合材料层合板在拉伸载荷作用下的逐渐破坏过程进行了分析。结果表明:该程序可以预测任意材料体系和任意铺层参数的层合板在拉伸载荷作用下的逐渐损伤破坏过程及最终失效载荷;与参考文献中的试验结果比较发现,该方法的预测精度较高,验证了其正确性。     

一种基于广义协调理论的Layerwise层合壳单元构造方法

将分层理论(Layerwise)与广义协调理论相结合,提出了一种新的层合壳单元构造方法,并详细推导了单元的构建过程。该单元能分层计算层合结构的位移,因采用Timoshenko厚粱理论计算各层剪应变场,当结构包含薄铺层时,该铺层力学模型将由厚板模型自动退化为薄板模型,避免了剪切闭锁问题。在退化过程中,通过广义协调元方法保证了相邻单元间积分意义的连续。数值算例表明,这种层合壳单元能准确描述层合结构力学特性,在厚、薄铺层并存的情况下能有效计算复合材料层合结构的力学问题,具有较高的精度。     

基于超声复解析信号的碳纤维层压复合材料检测方法研究

采用超声波检测碳纤维层压复合材料时,换能器将接收到层间产生的反射信号。为了有效利用层间反射信号表征碳纤维层压复合材料内部树脂及纤维铺层的几何状态,开展基于超声复解析信号的检测方法研究。介绍超声复解析信号的基本理论,阐述其相对原始A型信号的优势;定义用于成像的复解析信号表征参量,设计基于表征参量的检测成像算法,采用简化声学模型分析碳纤维层压复合材料微观结构超声响应对表征参量的影响;针对包含冲击损伤的碳纤维增强复合材料层压板开展阵列超声检测试验,试验结果表明基于超声复解析信号的检测成像方法可清晰观测出碳纤维层压复合材料微观结构内部的纤维铺层几何形态,基于原始A型信号的检测成像方法无法有效观测,超声复解析信号具有用于表征评价复合材料脱层、褶皱等缺陷的巨大潜力。     

A methodology for synthesizing symmetric laminated beams with optimal elastodynamic response characteristics

A methodology is presented herein for synthesizing symmetric laminated beams with optimal elastodynamic response characteristics by generalizing a previous publication of the first two authors [Liao et al., J. Composite Mater. 21, 485–501 (1986)] in order to include the percentage of fiber and matrix in each ply, and to also accommodate fibers with transversely isotropic properties. Constitutive models are developed for the stiffness and damping properties of laminated beams as a function of the ply fiber volume fraction, the fiber orientation in each ply, the ply thickness and the stacking sequence prior to incorporating these models into an optimal design formulation. This formulation is then employed in illustrative transient response studies of cantilever beams in order to demonstrate the significance of incorporating these micromechanical parameters into design algorithms for optimally tailoring the properties of these laminated beams. A generalized reduced gradient algorithm is employed in this optimal design endeavor.     

含固有缺陷复合材料有效弹性性能预报

根据缺陷在复合陶瓷中分布特点,将缺陷简化为刚度为0的椭球夹杂,嵌入到横观各向同性基体中,建立含缺陷复合材料的细观结构模型。应用相互作用直推估计法推导含缺陷胞元的有效刚度,结合刚度体平均化方法,假设胞元空间随机分布,得到复合材料的等效刚度表达式,分析横观各向同性基体中缺陷体积分数、取向和形状对材料等效刚度的影响,并进一步讨论缺陷周围基体各向异性的影响。结果表明,缺陷存在导致材料弹性性能明显降低,在缺陷体积分数较小时,弹性常数对缺陷体积分数更加敏感;缺陷形状对弹性常数有较大影响,当缺陷接近于薄片状时,缺陷厚度对弹性常数影响明显,而缺陷平面形状对弹性常数基本没有影响;当片状缺陷垂直于基体中弹性模量较大的轴时,缺陷对材料有效性能的降低作用更显著,考虑缺陷周围基体各向异性是很有必要的。     

各向异性参数对层合阻尼薄板损耗因子的影响

运用各向异性层合阻尼结构理论分析方法，考察了在不同结构、不同振动模态下各层纤维铺设角度、纵横剪切模量和纵横拉伸模量等各向异性参数对各向异性层合阻尼薄板损耗因子的影响。结果表明：随着各向异性铺设层数的增多，在低阶模态下，远离阻尼芯层的各向异性铺设层的纤维铺设角度对层合阻尼薄板损耗因子的影响趋于增大，次外层纤维铺设角度的影响最大；而在高阶模态下，贴近阻尼芯层的各向异性铺设层的纤维铺设角度影响趋于增大．     

复合材料层合板首末层失效强度的预测方法研究

建立复合材料的三维有限元模型,该模型能有效计算自由边界区的应力以及层间应力,与二维模型相比提高了求解精度;采用Tsai-Wu张量理论作为单元失效的判断依据,引入安全系数计算首层失效,然后使用增量法求解复合材料最终失效强度,使得求解速度加快的同时又不影响求解精度;使用正交实验方法研究不同刚度缩减系数( SCR)对首末层失效强度的影响,发现在进行渐进失效分析时,有限元模型是否合理应该根据首层失效强度与实验值进行比较,不能只考虑最终失效强度与实验值的差异.     

冲击后复合材料板剩余抗拉强度影响因素分析

应用提出的全程分析方法和三维逐渐累积损伤理论,对层合板的冲击过程以及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下的破坏过程进行详细分析.研究不同冲击能量、不同材料的冲头、不同复合材料体系和不同铺层方式等因素对层合板冲击损伤及剩余抗拉强度的影响规律,为更有效地进行复合材料抗冲击结构设计提供一定的指导作用.     

低速冲击下复合材料层合板分层损伤的数值模拟

为了分析冲击载荷作用时层合板的损伤情况,建立"子板-弹簧元"的三维有限元分析模型.在该模型中将连续铺层相同的单层作为一层合子板,相邻子板间采用弹簧单元连接.采用该模型对一层合板的冲击过程进行分析,分析过程中结合失效准则预测失效模式,然后定义对应的弹簧单元失效来实现材料性能参数的衰减.计算结果和试验结果吻合较好,同时得出一些有用的结论.     

Design optimization of hip prosthesis of thick laminated composites by developing finite element method and sensitivity analysis

An investigation has been performed to develop a finite element method for the analysis of the behavior of complicated three-dimensional thick laminated composite structure, and the method has been applied to the design of hip prosthesis with nonuniform cross-sections. The developed method can accomodate the varying material properties layered within the element and allow the ply-drop-off along the element edges. The numerical results are compared with the analytical solution, and the results show that the number of elements can be reduced up to 80% within 5% error bounds by using the ply-drop-off element. A method of design sensitivity analysis has also been developed to find the optimal ply angles minimizing the deflection of thick laminated composite structures. The developed finited element method together with the design sensitivity analysis has been applied to design of hip stem, and a procedure for calculating the optimum ply angle is proposed to minimize the rotational micromotion which is one of causes of patients’ pain.