复合材料接头三维有限元应力分析

本文介绍了复合材料三维单元刚度矩阵,用三维有限元方法计算了复合材料层压耳片接头拉伸、剪切、弯曲载荷的问题,给出了孔边应力分布及弯曲时层间剪应力分布。结果表明,当载荷平行于铺层且沿厚度均匀分布时,应力沿厚度方向变化不大,主要与铺层角度有关,当载荷不平行铺层时,层间剪切应力和拉伸应力较大,是接头破坏的主要原因。     

金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构应力分析

考虑金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构的几何非线性和边界条件,建立了考虑弯曲变形单面修补结构力学分析模型,计算出承受面内载荷时修补结构的弯矩和挠度,将补片自由端和金属板裂纹处的弯矩作为胶层应力控制微分方程的边界条件,推导出剪应力和剥离应力的解析解,及裂纹张开位移的表达式,并与有限元数值结果进行对比。分析结果表明,胶接修补结构应力分析理论模型和相关简化假设合理、正确。利用所建立的解析模型研究了金属裂纹复合材料单面胶接修补结构的应力分布特点及胶层主导破坏模式的失效机制,为胶接修补结构的承载能力分析以及结构改进设计提供了一定的理论依据。     

复合材料夹芯管胶接连接结构力学特性分析

针对在航空结构中广泛应用的复合材料蜂窝夹芯圆管中的接头这一最脆弱的部分,发展了一种分析复合材料蜂窝夹芯圆管胶粘接头力学特性的解析模型.该模型根据Gibson修正公式得到了蜂窝芯子的等效弹性参数,再运用经典的复合材料壳理论和线弹性理论得到管接头的控制方程,并通过状态空间法进行求解.运用本文模型,计算了管接头在扭矩和弯矩作用下胶层内的剪应力和剥离应力;同时采用有限元法对模型进行了数值模拟,并将模拟结果与模型计算结果进行了对比,最后分析了搭接长度对胶层内应力的影响.     

嵌块长度对胶接接头应力分布影响的数值分析

利用弹塑性有限元方法研究了钢嵌块长度对单搭接接头应力分布的影响,结果表明,采用钢嵌块形成混合连接接头后,接头上的应力流线分布发生了变化,钢嵌块中存在的压缩轴向应力和负值剥离应力有利于提高接头的承载能力;嵌块长度的增加使胶层和被粘物中界面处的峰值应力显著增大,而嵌块中的应力变化不大,嵌块长度超过4mm后,胶层中的应力峰值急剧上升;在需用嵌块增强胶接接头时应注意采用适宜的嵌块长度.     

金属胶接接头残余应力计算及数值分析

利用Baker模型和弹塑性有限元方法研究了胶接接头搭接区残余应力的分布.结果表明,因胶粘荆的线膨胀系数比被粘物高得多,胶层固化时被粘物阻碍了胶层的收缩,故胶层中为残余拉伸应力,被粘物中为残余压缩应力,胶层中的残余应力远大于被粘物中的残余应力.利用Baker模型和有限元计算远离自由端的胶层中的残余应力,两者吻合.被粘物中的残余应力呈中心对称,等效应力经多项式拟合后呈抛物线分布.     

刚度非平衡胶接接头的二维应力分析

建立一种通用的分析刚度非平衡胶接接头应力的二维弹性理论。该理论通过使用完整的几何方程和完整的本构方程,不但考虑被粘体的弯曲、拉伸、剪切效应和胶层的剪切和撕扯行为,而且严格满足包括接头端头处胶层剪应力为零的所有边界条件,适用于被粘体/胶层厚度和材料属性的任何组合。与二维线弹性有限元分析对比表明:该理论解有很好的精度。最后对刚度不平衡程度对胶层应力分布的影响进行参数研究。     

改进的复合材料斜接结构胶层应力半解析法

引入微分概念和复合材料铺层刚度分配原则,形成一种改进的求解复合材料斜面对接结构胶层应力的半解析方法 MAM(Modified semi-Analytical Method)。首先,针对铺层角度及铺层数不一致的情况,采用有限元法(FEM)平面应变模型对MAM进行验证;然后,分别用平均剪应力法、FEM及MAM预测了复合材料斜接结构的承载能力并与试验值进行对比;最后,利用MAM分析工程应用问题,考虑了被粘结体刚度不匹配及胶层厚度的变化。研究结果表明:MAM适于设计复合材料斜接结构;采用MAM能得到胶层应力的尖峰值,且应力分布与FEM计算一致。     

复合材料胶接修补结构的热应力分析

针对复合材料补片胶接修补损伤金属结构中存在的残余热应力，本文充分考虑了周期结构对胶接修补区域的约束作用，系统地分析了胶接修补结构中残余应力大小以及残余热应力对结构静强度和疲劳寿命的影响，所得结果将为实际结构的胶接修补提供依据。     

复合材料管接头与钢管间摩擦力及其对管接头强度的影响——数值分析

通过定义接触单元, 建立了复合材料套管接头与钢管连接的有限元分析模型。分析了在钢管端部受到弯曲、压缩和扭转载荷条件下, 复合材料管接头的应力状态, 并采用Tsai-Wu 强度准则对复合材料管接头进行了强度分析。重点研究了随着摩擦系数的变化复合材料管接头与钢管间摩擦力的变化规律及其对复合材料接头强度的影响。结果表明, 随着摩擦系数的增大, 复合材料管接头与钢管间最大正应力减小, 最大摩擦力增大; 在以弯曲载荷为主的组合载荷作用下, 复合材料管接头的安全裕度增大。      

胶粘剂厚度和弹性模量对胶焊接头应力分布的影响

采用三维弹塑性有限元分析法,数值分析了胶焊接头中胶粘剂厚度和弹性模量对胶焊接头内应力分布的影响。给出了五种没弹性模量和五种没厚度胶粘剂下,胶焊接头中焊点边缘和搭接区边缘的应力分布曲线,结果表明：胶粘剂的弹性模量低和厚度大时,胶层中的剪应力小而焊点边缘处正在明显的应力集中;胶粘剂弹性模量增大和胶层厚度减小时,接头中焊点边缘处应力减小而胶层中剪应力增大。在一定条件下,胶焊接头中采用易变形的胶粘剂对提高     

拉伸速率对钢板胶接接头力学性能的影响

本文对两种钢板单搭胶接接头在不同的拉伸速率下(准静态、10m/s、20m/s)实验研究了不同拉伸速率对两种钢板接头力学性能的影响。结果表明钢板胶接接头在高速拉伸(10m/s、20m/s)时的强度相对于准静态(13mm/min)有明显提高,并且随着拉伸速率的增加而增大。这是由于在高速拉伸时接头及胶层高速形变,应变率大大增大,胶层粘性因素所产生的应力大大增加,使得接头强度提升。失效模式也随着发生改变,呈现出脆性断裂模式。被粘物材料性能的不同也会对接头强度产生影响,且这种影响随着拉伸速率的增加逐渐减小。     

锅炉对流管胀管接头开裂失效分析

通过宏观检验、化学成分分析、扫描电镜断口分析、金相检验以及力学性能测试等方法,对某糖厂锅炉对流管胀管接头的开裂失效原因进行了分析。结果表明:对流管胀管接头开裂主要是由于锅炉在频繁快速启、停过程中,悬吊下锅筒的对流管反复膨胀、回复,导致对流管在受应力集中及弯曲应力作用最大的胀管接头处产生热疲劳裂纹,裂纹沿晶扩展导致胀管接头脆性开裂。     

Incoloy 825/L360复合管焊接接头耐蚀性研究

目的研究Incoloy 825/L360复合管焊后的焊缝耐蚀性能。方法以Incoloy 825/L360复合管为研究对象,选用Inconel625焊材进行了镍基合金焊缝的焊接,并对焊缝和Incoloy 825母材在质量分数为3.5%的NaCl溶液、6%的FeCl_3溶液中进行电化学试验,并对其耐蚀性进行了对比分析。结果在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,不同温度下母材自腐蚀电位均高于焊缝,自腐蚀电流密度均小于焊缝,随着温度的升高,母材的自腐蚀电位和焊缝的自腐蚀电流密度均增加,母材的自腐蚀电流密度变化不明显;在质量分数为6%的FeCl_3溶液中,母材与焊缝的自腐蚀电位整体较高,母材的自腐蚀电流密度高于焊缝,不同温度下焊缝极化曲线均存在明显的钝化平台。结论 Incoloy 825母材和焊缝在两种溶液中的耐蚀性存在一定差异;在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,母材腐蚀对温度不敏感,焊缝的腐蚀敏感倾向性随着温度的升高而增大,腐蚀敏感性高于母材;在质量分数为6%的FeCl_3溶液中,不同温度下的焊缝极化曲线均存在明显的钝化平台,腐蚀敏感性低于母材。     

钻杆接头断裂原因分析

通过断口分析、金相检验、化学成分分析和力学性能测试等方法对钻杆接头断裂原因进行了分析。结果表明:钻杆接头在使用过程中受到了环境中硫化氢的腐蚀,发生了硫化氢应力腐蚀开裂,随着裂纹扩展最终导致断裂。     

复合材料加筋结构界面层间应力分析建模

通过采用将复合材料加筋结构在界面附近按照单层、在界面附近以外的区域处理为均质各向异性材料,建立了一种复合材料加筋结构界面层间应力分析的新模型。采用该模型大大减少了加筋结构分析时需要的单元数目,同时又能得出界面上的层间应力。算例表明这种建模方法是切实可行的。算例揭示出了界面上层间应力的分布规律,得出了一些重要结论。     

云纹干涉法测定复合材料单孔连接件的应力场

本研究首次将云纹干涉法应用于复合材料单销钉连接件位移场的测量。从位移的云纹图用位移导数法求得销钉孔中心水平截面上的应变。根据复合材料层合板的直法线假设和层合板的折算刚度矩阵算出截面的平均应力分布。通过静力平衡,所得误差在6%以内。本研究结果证实,云纹干涉法测量复合材料连接件的应变场和应力场是有效的实验方法。      

SiCp／6061Al复合材料基体相及增强相的实际外载应力

采用Ｘ射线应力分析技术测定ＳｉＣ颗粒体积分数为２０％的ＳｉＣｐ／６０６１Ａｌ复合材料由外加载荷作用而产生的基体铝合金相的实际外载应力,据此计算增强相的实际外载应力,结果表明,基体铝合金的相的实际外载应力为平均外载应力的７５．９％,而增强相的实际外载应力为平均外载应力的１９６．６％,两相性模量的差异是造成这种现象的主要原因。     

Analysis of multi-layered filament-wound composite pipes under combined internal pressure and thermomechanical loading with thermal variations

The composite pipes manufactured by filament winding technology have anisotropic behavior owing to different reinforced ply angles. Composite pipes can be exposed to the thermomechanical loading due to hot fluid that flows into them. In this paper, based on the three-dimensional anisotropic elasticity, an exact elastic solution for thermal stresses and deformations of the pipes under internal pressure and a temperature gradient has been studied. Giving heat convection conditions the variation of temperature field within the pipe is obtained by solving the conduction equation at the wall. The influence of temperature field in the governing equations of thermoelasticity has been considered via a constitutive law. The shear extension coupling is also considered because of lay-up angles. Stress, strain and deformation distributions for different angle-ply pipe designs are investigated using the present theory.     

SiC_p／6061A1复合材料基体相及增强相的实际外载应力

采用Ｘ射线应力分析技术测定ＳｉＣ颗粒体积分数为２０％的ＳｉＣｐ／６０６１Ａｌ复合材料由外加载荷作用而产生的基体铝合金相的实际外载应力，据此计算增强相的实际外载应力．结果表明，基体铝合金相的实际外载应力为平均外载应力的７５．９％，而增强相的实际外载应力为平均外载应力的１９６．６％两相弹性模量的差异是造成这种现象的主要原因