格栅增强夹芯板弯曲刚度影响因素及规律研究

基于有限元仿真和实验,对格栅增强夹芯板弯曲刚度的影响因素及规律开展了研究。首先,针对格栅结构对夹芯板抗弯特性的影响进行仿真分析,认为格栅结构能够较为显著地提高夹芯板的抗弯刚度;其次,针对格栅增强夹芯板的蒙皮纤维铺层角度、格栅密度等几个重要参数对其弯曲刚度的影响进行仿真计算并对其规律进行分析;最后,通过实验验证了仿真的准确性。分析结果表明,夹芯板蒙皮纤维±45°铺设时夹芯板具有最优的抗弯刚度,且在格栅总体积即含筋量一定的情况下,一定范围内降低单层格栅的厚度以增加格栅的密度会大幅度提高夹芯板的抗弯刚度。     

复合材料格栅板受弯性能试验研究与数值分析

以纤维增强复合材料格栅板为研究对象,包括不设蒙皮的纯格栅板、设单面蒙皮的格栅加筋板和设双面蒙皮的格栅夹层板。采用不饱和聚酯树脂作为基体材料,玻璃纤维作为增强材料,通过模塑工艺加工成型格栅板。针对该板的受弯性能开展试验研究与数值分析。对按不同方式设置蒙皮的格栅板进行了三点弯和四点弯加载试验,研究其受弯承载力、破坏形态等,结果表明:采用上蒙皮增强纯格栅板,可显著提高试件的抗弯承载力和刚度,并使结构具备良好的延性破坏特征。针对格栅板的受弯性能进行了数值分析,并对比试验结果,验证了有限元模拟的准确性;针对蒙皮厚度、格肋高度、格肋厚度和格肋间距等因素对格栅板受弯性能的影响规律进行了参数分析。     

复合材料层合板损伤容限敏感性参数研究

本文针对碳纤维增强复合材料层合板冲击下的损伤容限参数敏感性进行分析.对复合材料层合板损伤容限的影响参数、纤维角度、铺层顺序、层合板厚度、冲击速度和冲击角度等进行冲击损伤仿真,采用蔡-吴强度准则评价层合板冲击的剩余强度,并对各参数影响的敏感性排序,确定纤维角度和铺层顺序为复合材料层合板冲击下损伤容限的敏感参数.     

复合材料夹层双曲球壳的自由振动力学性能研究

以双曲球壳复合材料夹芯结构为研究对象,利用有限元Block Lanczos分析法对双曲球壳结构的自由振动进行了研究,进而得到了基层厚度、芯层厚度以及环境温度等参数对固有频率的影响规律,为实际工程中复合材料夹芯结构的振动分析提供了一种有效的分析及建模方法。     

基于材料物性参数时变特性的复合材料层合板固化残余应变应力数值模拟

热固性树脂基复合材料层合板成型过程形成的残余应力是影响材料质量的重要因素。针对复合材料固化过程建立了基于复合材料物性参数时变特性的复合材料固化过程的三维多场耦合计算模型。该模型包含经典的热-化学模型、树脂固化动力学模型、残余应力模型;在此基础上将材料物性参数时变特性引入多场耦合计算模型中,模型计算结果通过与文献中实验结果比较,验证所建立的固化模型的可靠性;在此基础上,对AS4/3501-6复合材料层合板的固化残余应变应力进行数值模拟,研究了固化过程中残余应变/应力的变化规律,分析工艺参数对应力应变的影响。通过与光纤光栅应变试验比较,验证其正确性。研究结果表明:模型可以很好地仿真复合材料固化过程;温度、树脂体积分数、铺层角度对层合板应力/应变都有较为显著的影响,为正相关关系,其中树脂的体积分数影响最为显著。     

基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化

针对复合材料起落架舱门的优化设计问题,建立了一种基于刚柔耦合动力学仿真的复合材料结构优化方法。使用C-B部件模态综合法建立复合材料起落架舱门的刚柔耦合运动模型,仿真计算得到起落架舱门的动态响应,使用正交试验的方法选取训练样本,训练BP神经网络,得到复合材料舱门铺层厚度与运动响应之间的神经网络响应面,以舱门铺层厚度为优化变量,以舱门运动变形为约束,以舱门接头载荷最小和舱门重量最轻为目标,使用遗传算法对神经网络响应面进行优化。优化结果表明:提出的基于刚柔耦合动力学仿真的复合材料结构优化方法能够准确考虑起落架舱门运动过程中的结构变形和载荷,实现复合材料起落架舱门全运动行程内的最优设计。     

大厚度复合材料翼梁成型技术改进及质量控制

随着飞机设计制造领域的蓬勃发展,新机型对复合材料整体结构的刚度需求日益增加,飞机翼梁结构厚度也随之增大。大厚度的特点为零件的制造增加了难度。以一大厚度C型复合材料翼梁为研究对象,讨论了大厚度C型梁结构的研制难点,并对零件制造的关键控制点进行了分析实验。对制造工艺参数进行了迭代优化,并以此为基础成功研制了大厚度C型翼梁零件,研制的大尺寸大厚度复合材料C型梁内部质量、表面质量、厚度公差及外形公差能够很好地满足设计要求,具有较高的科学意义与工程应用价值。     

基于正交试验与APDL的SF_6变压器气箱结构优化

采用ANSYS软件对SF6变压器气箱进行应力分析,得到箱体结构的应力和位移分布。分别选取箱盖、箱壁的最大等效应力和最大位移变形作为优化目标,采用正交试验方法分析各参数的影响,得到加强部件的最优分布情况。进而采用APDL参数化方法,分别提取箱盖厚度、箱沿厚度及定位件厚度等参数作为设计变量,以体积轻量化为目标进行优化设计。结果表明:优化后结构总体积比原结构降低了15.2%,为气箱结构后续改进及优化提供参考。     

复合材料耐压壳体标准件优化设计

本文以复合材料耐压壳体标准件为例,实现对复合材料铺层厚度、角度的自动化优化,在满足强度准则、屈曲、以及刚度约束的要求下实现标准件的轻量化优化,铺层从70层降低到61层,可有效降低标准件成本。同时根据参数化的耐压壳体几何构型和复材铺层,建立起耐压壳体仿真分析的标准件库标准自动化流程,用户不需要熟悉各相关软件的使用方法,即可进行相关分析。通过Isight实现复合材料耐压壳体几何尺寸与铺层信息的综合优化,从而实现最优。     

铺层参数对复合材料叶片的振动特性影响研究

考虑复合材料的各向异性特征与铺层角度、厚度、顺序等因素,建立多层复合材料风扇叶片动力学模型。基于模态分析方法计算复合材料叶片自由振动的固有频率、振型,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性,利用Campbell图进行不同转速下的叶片固有特性分析。研究了复合材料大风扇叶片铺层参数对振动特性的影响,结果表明通过调整复合材料叶片的铺层厚度、角度、顺序,可以减少共振点并减小振幅,以达到减振的效果。     

超高分子量聚乙烯塑料基体负重轮轻量化技术研究

针对履带式车辆负重轮的轻量化问题，提出以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)塑料为基体制备复合材料负重轮，利用ABAQUS分析软件对不同负重轮结构进行静力学仿真计算，冯米斯应力(Von·Mises应力)结果显示，轮辐式结构的最大应力较小，受力更加均匀；且轮辐式负重轮比圆盘式负重轮的质量轻15.5%;同时设计一体化模压成型工艺，利用正交试验法选择最优工艺参数组合：成型温度为255℃、成型压力为14 MPa、成型时间为1.5 h,解决了UHMWPE塑料与橡胶黏合难的问题。最后，通过本体取样试验及黏合强度试验分别验证复合材料负重轮的力学性能和橡塑黏合强度性能，证明了该工艺的可靠性。     

氧化锆基梯度功能材料的设计、制备与性能优化

以石墨为单相润滑剂,设计、制备了梯度层热膨胀系数呈连续变化的氧化锆基功能梯度材料,研究了结构参数与梯度材料力学性能的关系。结果表明:通过调节石墨在复合材料中的空间分布特征,可实现对材料内残余应力大小的调节,进而实现材料力学性能的优化。增大梯度层数和承载层厚度均有利于梯度材料力学性能的提高。梯度指数p为2.5时,材料具有最佳的抗弯强度,抗弯强度可达750 MPa。材料的梯度结构设计实现了陶瓷复合材料的结构/润滑功能一体化。     

NACA构型泡沫夹层复合材料空气风门的结构强度分析

泡沫夹层复合材料具有比强度、比刚度大,保温隔热性能优异等优点,广泛应用于航空航天等诸多领域,在飞机上则应用于一些载荷不大而厚度较小的部件或结构。研究的NACA构型泡沫夹层复合材料空气风门以其材料的特殊性,在组合工况下受力情况复杂,目前对其在多工况下进行强度分析的相关研究较少。以NACA构型的泡沫夹层碳纤维复合材料空气风门为研究对象,建立了有限元模型。通过重点对多工况下风门壳体的等效应力分布情况进行对比和分析,并对夹层结构各层的应力危险区域进行强度校核,得到了各工况下复合材料面板层和泡沫芯材层的应力敏感区域和失效情况,以及载荷对模型应力影响的规律。     

基于ANSYS的油罐罐底板厚度优化

基于油罐安全运行的重要性,以某大型油罐为研究对象,从油罐罐底板厚度对应力的影响角度进行分析,对静水压下的油罐展开理论分析,利用ANSYS软件对油罐罐底板展开有限元分析,并与理论计算结果进行比较,从而验证有限元模拟的可行性。再运用ANSYS软件来分析罐底板厚度与其应力的关系,得出罐底板厚度的最优解,这对油罐的结构优化和安全运行具有重要意义。     

压延工艺制备PTFE/SiO2复合材料的厚度均匀性优化

运用实验设计(DOE)工具,对压延工艺制备聚四氟乙烯/二氧化硅(PTFE/SiO2)复合材料的厚度均匀性进行优化。首先设计部分因子实验筛选显著因子;再设计全因子实验并进行方差分析,通过理论模型找到满足目标的压延工艺参数组合。结果显示,以旋转法、辊间隙分段微调、压延次数为4次时,压延辊对材料内部产生的机械应力得到有效释放,所制复合材料的厚度均匀性最优,厚度均值为0. 508 mm,标准偏差为0. 005 2,满足高频介电材料对复合材料厚度均匀性的苛刻要求。验证了采用优化的工艺参数连续三次实验制备的复合材料厚度一致性,结果显示过程能力指数(Cpk)为1. 45,说明压延工艺过程能力良好,具备连续实验的能力。     

BIM技术在化工建设项目中的施工信息分类系统搭建

将BIM模型应用在有限元软件中进行计算，可充分分析化工厂建筑结构受力情况；但目前有限元软件中无法有效区别化工厂建筑复合材料混凝土中的有机材料(水泥、减水剂等)与钢筋。为进一步提高钢筋与复合材料混凝土在有限元软件中的识别，通过在BIM技术和有限元仿真技术的支持下，构建化工建筑结构仿真系统，并结合建筑结构、应力荷载等实际情况对化工建筑结构仿真系统进行了分析。还对传统的结构分析算法进行改进，设计实验来评价此方法的效果，并以仿真的形式对数据进行分析，比较测试结果的有效性。研究结果可知，通过建立化工建筑结构仿真系统，可有效识别复合材料混凝土与钢筋。     

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。     

纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化研究

本文用APDL参数设计语言编制的程序可同时进行压力容器缠绕过程的动态仿真模拟及应力分析,可将实际缠绕参数直接用于应力分析,分析后得到的仿真数据可直接用于数控缠绕机进行生产,实现了纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化.本文用微分几何理论推导出纤维缠绕复合材料压力容器的非测地线缠绕轨迹、包角方程及绕丝头运动方程.在应力分析过程中考虑了几何非线性和物理非线性.采用叠层的增量本构关系,以分段线性表示单层非线性应力-应变曲线,对损伤后引起的刚度降低进行了实验研究,实验特别研究了面内剪切破坏和层间剪切破坏对纵向弯曲刚度的影响.结果表明纤维缠绕复合材料压力容器损伤后,弯曲刚度的降低是影响轴向变形的重要因素.     

复合材料层合板孔边应力场的有限元计算

纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚度和比模量,在航空航天领域得到越来越广泛的应用.层合板是当前复合材料在工程结构中应用的主要形式.对于含孔的层合板结构,由于材料的各向异性以及孔的影响,其应力分布比较复杂,采用数值解是较好的选择.本文基于层合板的可设计性特点,综合考虑铺层角度、铺层顺序等对层合结构的影响,设计出了一种二十四层对称层合板.以有限元方法为基础,借助ANSYS分析工具,对该层合板含孔结构的孔边应力重点分析,得出了不同铺层角度铺层中应力分布的云图和孔边应力分布曲线.本文结论对复合材料层合板优化设计和带孔层合结构的应力计算具有较好的参考价值.     

网状增强相纤维棒几何建模及弹性性能研究

以网状增强相纤维棒为研究对象,采用单胞几何模型分析法将该纤维棒的整体结构分为内部单胞、外部单胞等类型,并分别建立了内单胞、外单胞的力学模型。研究结果表明:基于等应变-应力混合平均思想并结合桥联模型,可计算出复合材料内外不同结构的有效工程弹性常数。该方法可有效分析不同结构组成的纤维复合材料内部纤维束的排列方式、外部增强相各参数[如编织角、纤维束截面和纤维体积分数等]之间的关系、纤维体积分数对纤维复合材料工程弹性常数的影响规律等,通过对比仿真结果验证了该方法在预测不同结构复合材料弹性性能方面是可行的。