复合材料铺层角度对蜂窝板动态性能的影响

为了提高卫星探测器蜂窝板的动态性能,将蜂窝板中的蒙皮和支撑结构采用复合材料设计。对蒙皮和支撑结构设计了六种复合材料铺层方案,并与常用的铝材结构进行分析对比,利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,通过对复合材料件及蜂窝板整体结构的动态性能分析,研究铺层角度对蒙皮、支撑结构及整体蜂窝板刚度的影响,确定了最佳方案,满足航天飞行器基频设计要求。研究工作为蜂窝板的结构优化设计提供了理论依据,对同类航空结构的设计也有很好的借鉴作用。     

铺层结构三维等效弹性常数研究

从铺层结构的三维宏观弹性特性出发,利用三维层压结构理论,获得了复合层板的三维弹性常数的等效公式。以MATLAB为平台,编写模块化程序,将层压结构理论运用于某大型回转机械平行铺层和环状铺层结构的三维弹性常数等效中,输入每个单层结构的弹性参数,该程序可自动生成部件等效刚度矩阵、柔度矩阵和等效弹性常数;结合APDL参数化语言建立有限元模型,对等效前后的结构进行模态分析比较。结果表明,等效前后部件前三阶固有频率的变化率都小于5%,说明该方法对此类复合铺层结构的三维弹性常数等效是可行的。     

大型风力机复合材料叶片铺层设计及结构特性研究

近些年来,风力发电发展迅速,复合材料的设计与研制是风力发电的关键技术之一。基于复合层压板理论和有限元分析方法,对风力机复合材料叶片进行分析。利用ANSYS软件中壳单元模拟叶片铺层,然后对铺层叶片进行强度分析和模态分析。通过叶片质量、重心等计算值与实测值的比较,证明了所提出的铺层设计方法的合理性。分析比较了flapwise和edgewise两个方向的不同变形,为叶片铺层优化工作提供了依据。     

CFRP层合板爆炸分离损伤模式研究

爆炸分离技术已发展成为航空发动机包容试验中复合材料叶片飞断控制的关键技术,为探究不同埋药槽深对碳纤维增强复合材料层合板爆炸分离损伤模式的影响,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究层合板在爆炸作用下的损伤过程、加速度响应与动能变化趋势,分析了层合板爆炸分离的破坏模式和机理。结果表明：针对25 mm厚层合板,当两侧开槽深度为3 mm时,部分冲击波沿厚度方向形成压缩和拉伸波使纤维出现断裂损伤,部分反射拉伸波沿层间传播使层合板出现分层损伤,层合板未被切断;当两侧开槽深度增大到3.5 mm时,冲击波主要沿厚度方向形成压缩和拉伸波使纤维出现大面积断裂损伤,层合板被完整切断;爆炸产生的能量可以限制在局部范围内,传递给层合板的额外动能较小。该研究成果可为复合材料叶片的爆炸飞脱研究提供先验知识。     

基于HyperWorks的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异.文中基于HyperWorks商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能.研究结果表明,铺层...     

复合材料层合板准静态压痕损伤实验研究与数值模拟

对复合材料层合板准静态横向压缩特性损伤进行了研究。在损伤模拟过程中采用机体开裂和分层扩展判据,分类考虑了不同的损伤形式,通过修正损伤层材料的常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对横向压痕过程的影响。损伤模拟结果与超声C扫描的结果吻合较好。     

风力机叶片结构分析与铺层优化

根据玻璃钢风力机叶片结构分析的有限元理论,利用大型通用有限元软件ANSYS建立叶片的有限元模型。通过在风力、重力和离心力耦合作用下风力机叶片的静力学分析,检验叶片正常运行时的安全性。通过风力机叶片动力学分析,计算叶片的固有振动频率,判断其能否避免共振,实现正常运行。在此基础上,根据Miner线性累积损伤法则的玻璃钢叶片疲劳寿命估计方法,对风力机叶片疲劳寿命进行计算,判断初始设计方案能否满足使用寿命要求。在不增加叶片质量的前提下,对叶片的铺层工艺进行优化,改善了叶片应力,提高了疲劳寿命。     

不同铺层转角T700/E44 复合材料拉伸强度有限元分析

碳纤维复合材料的失效行为与复合材料内部的应力状态有关,不同铺层转角的单向碳纤维复合材料层合板的性能具有明显差异。文中利用HyperWorks 商用有限元软件建立了T700/E44 复合材料层合板拉伸模型,基于Chang-Chang 复合材料失效模型对不同铺层转角复合材料层合板的 X 向及 Y 向拉伸性能进行了数值模拟分析。研究结果表明,复合材料层合板以45° 铺层转角对称结构层合时,复合材料有着最佳的综合拉伸性能。这对高性能雷达中复合材料部件的铺层结构设计具有重要的指导意义。     

切削用量对CFRP镗削出口分层及轴向力的影响

针对镗削CFRP层合板孔出口常出现分层缺陷的问题,建立CFRP层合板镗削有限元模型,设计响应曲面实验,分析背吃刀量、切削速度和进给量对CFRP层合板镗削过程中分层损伤及轴向力的影响,并建立CFRP镗削轴向力的响应曲面预测模型。结果表明,镗削轴向力随背吃刀量、切削速度和进给量的增大而增大,且背吃刀量的影响更显著;背吃刀量、进给量与出口分层损伤呈正相关;切削速度增大至27m/min后,出口分层因子基本不变。     

利用频率指纹检测板类结构的块状损伤

以一矩形板为例,说明了利用其块状损伤定位的频率指纹并结合结构的有关频率指纹参数可以进行板的损伤定位。损伤位置确定后,利用板在这一位置的损伤程度与板损伤前后的频率变化率的关系,可以确定损伤的程度。数值仿真研究表明了方法的可行性。     

压载荷对疲劳裂纹在Paris区内扩展影响的有限元研究

以7049-UA铝合金为研究对象,用弹塑性有限元方法分析拉压循环载荷下,三条不同裂纹长度的裂尖应力场,通过裂尖的应力状态定义一个考虑压载荷影响的有效应力强度因子范围参数ΔKeff′,并利用此参数,定量分析循环拉压载荷对铝合金疲劳裂纹扩展的促进作用,并提出一种简便的利用有限元方法拟合应力比为负值时Paris区的疲劳裂纹扩展速率的方法,与已发表的实验数据相比较,得到较好的验证.     

复合材料飞轮断裂与损伤的研究

用有限元方法分析复合材料飞轮在高速旋转时径向应力与环向应力的分布情况,预测飞轮的极限转速及损伤与断裂形式,同时用实验的方法进行验证,实验所得结果与有限元分析结果具有很好的一致性。     

孔蚀对飞机结构静强度影响规律研究

讨论不同服役年限下,不同腐蚀坑深度、腐蚀坑间距对飞机前梁静强度的影响规律,给出某一腐蚀条件下机翼前梁静强度下降规律.     

含圆形夹杂两相材料界面变形与损伤特性的数值模拟

为模拟复合材料界面行为,利用界面破坏单元和有限元程序,对金属基复合材料Al基体含Al2O3圆形夹杂的界面破坏行为进行一系列的数值模拟,分别采用切向和法向耦合的界面弹簧单元SPRINGA和由自编的非实体四节点界面单元等模型;比较各种界面模型的差别。由计算结果可知,考虑界面层的计算模型比不考虑界面层时合理;采用破坏型界面层即在界面处加入破坏弹簧或非实体破坏单元的计算模型比仅加入一层实体界面层的计算模型合理;加入破坏型界面层时,界面层力学性质的描述与参数值的给定对计算结果有重要的影响。     

基于悬臂梁位移模型的直升机桨叶损伤检测

从悬臂梁位移模型出发,建立桨叶结构损伤检测的位移残差范数准则,通过桨叶实测位移残差的范数分析结构是否存在局部裂纹损伤,研究一种基于悬臂梁位移模型的桨叶结构损伤检测方法.桨叶结构损伤用裂纹大小或刚度下降等参数指标表示.采用能量方法分析裂纹对梁元弯曲刚度的影响,建立裂纹梁有限元模型,根据桨叶有限元模型构造一种节点力残差向量,利用该力残差向量可确定损伤位置和损伤程度.最后,通过实例验证方法的可行性和有效性.     

导致离合器壳体破裂的弯矩载荷识别

某轻型越野吉普车离合器壳体在特定区域频繁出现早期破裂损坏现象。基于离合器壳体的三维实体有限元模型 ,识别导致离合器壳体破裂损坏的弯矩载荷。在有限元仿真计算中 ,弯矩载荷的大小保持不变 ,但方向可调。研究结果表明 ,最大应力出现在离合器壳体裂纹萌发区域的弯矩载荷 ,其作用平面相对于汽车纵向垂直平面朝左倾斜约为 0°至 2 0°。这为通过改进传动系的支承条件 ,避免壳体出现早期破裂损坏提供参考依据。     

内压圆筒中表面裂纹蠕变扩展的数值分析

金属蠕变的研究逐渐趋向对含缺陷材料与结构进行探讨,但针对金属构件表面裂纹蠕变扩展特性的研究仍然有限。基于三维有限元方法,对高温内压下含轴向表面裂纹的低合金Cr-Mo钢圆筒进行研究。有限元计算得到的应力强度因子K和蠕变裂纹驱动力参量C*积分与前人的研究进行比较,提出一种基于软件ABAQUS的步步分析方法来描述蠕变裂纹的扩展行为。最后,通过对若干不同初始形状裂纹的研究,得到四种不同初始形状的表面裂纹的形貌变化特性,以及裂纹深度、裂纹长度、C*积分和剩余寿命的变化规律。     

300km/h电动车组柴田式密接车钩弹塑性有限元分析及损伤计算

根据列车连挂作业车钩冲击力历程,分析国产300km/h电动车组柴田式密接车钩钩体和钩舌相互接触作用过程。在强度计算的多步分析中,根据载荷条件依次建立接触对,保证接触平滑和计算稳定。根据强度计算结果,分析钩体的薄弱部位及应力应变水平,为车钩的抗冲击性能评估提供依据。根据材料的稳态循环应力应变关系和应变寿命曲线,分析车钩在经历一次压缩—冲击载荷循环后各部位的损伤情况,为寿命估计提供计算依据。     

复合材料板与金属板榫槽粘接结合有限元分析

榫槽连接是航空结构中常用的一种连接形式。通过对金属板和复合材料板的榫槽粘接部位进行有限元计算，分析简单拉力作用下连接部位的应力分布以及金属板和复合材料板尺寸对最大等效应力的影响。通过比较发现，在所考察范围内榫槽长度、粘接层厚度和板宽度等因素对模型等效应力的影响并不十分显著，而两种材料板之间的相对厚度对最大等效应力影响较大，随着金属板厚度的增大，整个榫槽连接结构的最大等效应力有所减小。     

基于热力耦合的钢轨接触疲劳裂纹扩展特性分析

采用热弹塑性有限元法和裂纹尖端位移法,对轮轨全滑接触状态下的钢轨表面斜裂纹的扩展特性进行分析.热力耦合有限元模型中,考虑轮轨自由表面与环境热对流、裂纹表面间热传导和温度对材料参数的影响,通过移动边界条件模拟轮轨接触区的移动,计算轮轨摩擦因数、裂纹表面间的摩擦因数和裂纹角度对钢轨表面裂纹扩展特性的影响.计算结果表明:在热...