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。     

E-玻璃纤维2D编织层铺增强复合材料的损伤力学本构模型及应用

由拉伸试验获得E-玻璃纤维2D编织层铺增强树脂基复合材料的力学性能,通过弹性力学推导出材料正交各向异性的本构关系,并对本构关系中的刚度矩阵进行数值解析,得到复合材料的弹性本构方程;将结果应用于Hashin强度准则,建立了以连续损伤力学为基础的正交各向异性损伤本构模型。将所建立的弹性及损伤本构关系赋予层合板三维模型,通过ABAQUS/Explicit软件模拟弹丸冲击复合材料层合板的过程,并对模拟结果进行分析。结果表明:当冲击载荷达到材料的临界损伤值(732N)时层合板发生破裂,并在24μs达到最大变形量,此时应力重新分配,且复合材料横截面上的应力在中心处从0向外逐渐增大到509.8MPa;在冲击整个过程中,材料的损伤从中心向四周呈放射状递减。     

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。     

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。     

胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的影响

复合材料由于重量轻、强度高等诸多优点使得其应用非常广泛,然而不可避免地也会在使用过程中出现损伤。受损结构的修补问题,成为日前急待解决的技术问题。在工程实际应用中,对受损复合材料层合板的常见处理方法就是在受损处用胶粘上一补片,用以弥补受损结构的不连续性。采用ANSYS参数化编程语言,以三维逐渐损伤理论为依据,考虑多种失效形式,按已有文献建立相应模型,并通过对比验证模型程序及算法的正确性。分别建立半穿透型及穿透型受损复合材料层合板受损修补模型,在拉伸载荷下对模型进行多参数计算,分别模拟受损不补与胶结修补模型的整个失效过程,取出其中最典型的三组数据进行对比。针对不同大小补片进行计算,得出胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的具体影响。     

连接结构的孔边强化层对复合材料含孔板失效过程的影响

在实际工程中,复合材料开口孔周围应力集中现象十分严重,使孔边极易发生破坏,且破坏形式多种多样.为提高含孔复合材料板的结构强度,可在孔边铺设一层一定厚度的材料,用来强化含孔板的承载能力.以三维逐渐损伤理论为基础,采用商用软件ANSYS的二次开发语言,建立对复合材料含孔板进行孔边结构强化的模型,在拉伸载荷下对具有强化结构的...     

复合材料层合板冲击损伤影响因素分析

应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术对复合材料层合板的低能冲击过程进行了详细分析,研究了不同材料的冲头、不同复合材料体系和不同铺层方式对复合材料层合板冲击损伤的影响规律。研究结果可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。     

一种用于电子设备大板式方舱结构分析的各向异性层合板单元对SAP6程序单元的扩充

方舱结构是一类典型的电子设备结构。为提高方舱荷重比,大板式方舱正得到迅速发展和广泛应用。由于大板式方舱采用聚胺脂泡沫塑料作为蒙皮间充填材料,而蒙皮有些则采用了纤维增强复合材料,因此给大板式方舱大型组合结构的分析带来了困难,即使采用SAP5、SAP6这样的大型组合结构静动力分析程序也由于单元库中无相应单元而无法进行分析或不得不作很大的近似。本文按照复合材料力学理论,构成了一种可用于电子设备大板式方舱结构分析的各向异性层合板单元。这种单元对材料层数没有限制,各层材料可以是各向异性、正交各向异性和各向同性材料。计算结果可得结点位移和各层中的应力分布。基于SAP6程序强大的组合结构静动力分析功能和目前国内该程序装机使用的普遍性,本文将前述单元扩充到SAP6程序单元库中,目前已在VAX——780机调试成功,据实例计算,效果良好,从而使扩充后的SAP6程序能够适应大板式方舱的分析,也可用于分析具有类似层合板的其它结构。     

铺层参数对复合材料电池箱盖模态和稳定性的影响

为满足汽车在运动过程中电池箱壳体振动小和噪声低的要求,现以某款新能源汽车电池箱盖的玻璃纤维复合材料铺层设计为研究对象,通过有限元分析软件对电池箱盖纤维铺层方案进行模态及强度分析,探究复合材料铺层结构对电池箱盖固有频率和稳定性的影响。分析结果表明:当铺层厚度和铺层顺序保持不变时,增加±45°纤维铺层比例,电池箱盖的固有频率和稳定性能显著提高;保持铺层厚度和铺层比例不变时,铺层顺序对电池箱盖模态的影响效果不明显,但对最大应力值有很大的影响,0°纤维铺层角度在最外侧电池箱盖受到的最大应力远低于±45°;随着纤维铺层厚度的增加,电池箱盖的固有频率和稳定性能不断提高。     

利用试验模态分析有神经网络技术对结构损伤检测的探讨

选用一工程上常用的截面开口槽形,通过试验模态分析对结构损伤引起的模态频率转动进行了分析,从试验角度对四种损伤检测方法进行了有效性比较。并蒋 神经网络与试验模态分析技术相结合应用到结构损伤的定量检测的研究中,不人证了其可行性,而且是应变指标对结构损伤更敏感。     

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.     

温度和蠕变损伤对HK40钢蠕变裂纹扩展的影响

通过在1103～1163°K下测量HK40钢时辰变裂纹扩展速率,分析了温度对蠕变裂纹扩展速率的影响,求出的裂纹扩展激活能接近蠕变激活能,这表明裂纹扩展由蠕变的某种机制控制。在1144°K下,研究了铸态（NL）,运行21000小时（YB2）和运行50000小时（DB1）三种材料的蠕变裂纹扩展行为。指出,铸态材料和蠕变损伤的材料的蠕变损伤的材料的蠕变裂纹扩展行为是不同的,DB 1蠕变空洞数量多是其裂纹扩展速率高于YB2的主要原因,细小二次碳化物使裂纹扩展速率增高。     

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。