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     

分析复合材料螺栓连接接头静强度的一种方法

根据复合材料机械连接区逐点逐层破坏的物理本质,采用了每层破坏单元刚度退化和应力空间二阶张量破坏准则,用有限元素法,计算了T300/648碳纤维复合材料21种不同铺层情况的接头强度,分析了它们的破坏模式和破坏过程并与试验结果进行了比较.      

铝热-离心法制备的不锈钢内衬复合钢管不锈钢层裂纹成因分析

研究了铝热-离心法制备的不锈钢内衬复合钢管中的残余热应力及不锈钢层的组织结构,分析了复合钢管不锈钢层中裂纹产生的原因。研究表明,不锈钢内衬层中的裂纹是钢中的夹杂及析出物使钢变脆以及冷却过程中热应力共同作用的结果。     

竖向荷载下半刚接组合框架的有限元分析

为了分析连接弯矩-转角关系和荷载大小对组合框架性能的影响,该文采用有限元方法,考虑了连接弯矩-转角关系、楼板的组合效应和几何非线性的影响,通过引入能直观反映连接刚度的端部约束系数来修正现有刚接框架的结构刚度矩阵和杆件固端力。研究表明:连接弯矩-转角关系对框架内力和位移影响较明显;在半刚接阶段0.143相似文献   

复合材料飞轮的三维应力分析

高速旋转的飞轮在给定外径和质量的情况下,轮缘采用先进的碳纤维缠绕,提高飞轮的转速,从而增大飞轮的储能密度,解决了飞轮轮缘因高速旋转而断裂破坏的问题。本文采用三维实体元分析计算复合材料飞轮工作时的应力分布,为安全合理设计复合材料飞轮提供依据。     

纯弯曲梁的应力损伤失效分析和预测

本文提出了梁的弯曲应力损伤失效分析方法,推导了梁弯曲应力损伤基本方程,与Ｋａｃｈａｎｏｖ的材料受载横截面减少定义拉伸损伤变量类似,以梁的弯曲惯性矩减少定义弯曲损伤变量。并且弯曲损伤模型的材料常数可由Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型的材料常数确定。并且对应力损伤材料提出了便于工程应用的失效预测方程。     

莫来石纤维/ZL 109 复合材料强度分散的统计分析

用挤压铸造工艺获得了拉伸强度较高并且强度数据分散度较小的莫来石纤维/ZL 109 复合材料。用W eibull 方法分析该复合材料的拉伸强度值的分布状况, 得到比较大的W eibull 模量。统计分析了复合材料中纤维体积分数和拉伸断口面上的纤维体积分数。结果表明, 纤维的分布在宏观上是随机的而在微观上是不均匀的, 与观察面法线呈小角度的纤维体积分数同与观察面法线成大角度的纤维体积分数比较接近; 在断口面上与拉伸方向呈大角度的纤维体积分数同与拉伸方向呈小角度的纤维体积分数相差较大。认为该复合材料破坏的主要原因在于与拉伸方向呈大角度的纤维与基体的界面脱粘。拉伸强度数据分散的原因在于微观上与拉伸方向呈大角度的纤维分布的不均匀。      

树脂基复合材料内应力测试与分析

将多片双向应变花预埋在平行于环氧树脂基体界面的胶层的不同深度,通过电阻应变仪测定了胶层在室温下的固化应变和在一定的环境温差作用下的纵横向应变随时间的变化情况。结果表明,在固化完成之前,表层处所测得的横向应变值最低,随时间的推移逐步增加而在超过24 h后达最大值;紧邻树脂基体-金属界面处所测得的纵横应变值在固化完成后均为最低,即纵横向内应力均为最大值。将设置于表层的应变片S4测得的应变值视为自由应变值,大致估算了环氧树脂基体固化开始至180 h之间在不同深度的内应力。      

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。      

均布荷载作用下钢-混凝土组合梁滑移及变形的理论计算

对均布荷载作用下简支钢-混凝土组合梁的滑移及其对组合梁变形挠度影响的理论计算进行了研究.利用Goodman弹性夹层假设及弹性体变形理论,推导了简支钢-混凝土组合梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式.该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,也体现了界面滑移对组合梁变形挠度的影响.该理论公式将为钢-混凝土组合结构极限承载力和变形挠度的有限元计算提供理论基础.     

STRESS DISTRIBUTIONS FOR V-SHAPED NOTCHES UNDER TENSILE AND BENDING LOADS

Abstract— An analytical solution has been proposed recently by the authors to describe, with a unified approach, the stress fields in the neighbourhood of sharp cracks, V-shaped notches and re-entrant corners in plates subjected to remote tensile loading. In the present paper, the above solution is revised and extended, by also determining the relevant displacement fields and the degree of accuracy of the solution for both the longitudinal and transverse stress fields. Afterwards, since the stress field depends on the type of loading, the circumferential principal stress component is modified to account for bending in fatigue life predictions, while the radial principal stress is almost negligible in this case. The analytical results are compared with finite element values obtained for different geometries loaded under tensile or bending conditions, as well as with other closed-form solutions. The new expressions seem to give better stress estimates than the currently available approximate solutions, whether analytical or numerical, when the opening angle of the re-entrant corner is equal to or greater than π/2. Hence they should represent a good starting point to describe stress distributions induced by stress raisers with large and well defined opening angles such as shafts with shoulder fillets, gears and weldments.