基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测：1. RVE的有限元模型

 为更准确预测平纹织物复合材料的强度,基于平纹织物层合板内纱线的细观分布,建立具有双凸结构的特征体积单元RVE(representative volume element)有限元模型。模型内纱线浸渍体为弹性体,物性值随纱线走向变化,树脂为塑性体。利用有限元分析软件ANSYS,使用20节点solid单元分别对纱线、树脂进行离散,通过数值分析计算复合材料模量,并根据复合材料内纤维与基体的失效准则预测单胞强度。结果表明：通过有限元模拟得到的弹性模量值同理论计算值及实测值均一致,且预测的单胞强度同复合材料实际强度值相吻合;RVE有限元模型支持参数化建模,对平纹织物复合材料的强度预测有很好的应用价值。     

基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:2.复合材料层合板拉伸过程的有限元分析

针对实际使用中平纹织物复合材料铺层角度问题,将0°/45°/90°/-45°铺层的层合板作为有限元分析对象,研究其犬骨试验件在单向拉伸作用下的响应。分析过程中,将试样视作宏观均匀的弹性材料,利用已得出的平纹织物复合材料的物性值,以8节点块单元对模型进行离散,通过分步施加载荷,得到复合材料的应力与应变曲线。与实测值作对比发现,仿真结果同实测结果相吻合。将节点反力作为复合材料单胞模型的边界条件,对复合材料进行失效预测。结果表明:角度铺层设计可以减弱细观结构的开裂和分层;且在承受相同的拉伸应力下,铺层复合材料单胞内树脂单元失效的数量少,因此具有更高的强度。     

A finite element approach to the modelling of fabric mechanics and its application to virtual fabric design and testing

This work presents a detailed finite element approach for textile fabrics for mechanical analysis and simulation by combining yarn properties, inter-yarn interaction and fabric structures. The fabric geometries are generated using the TexGen geometric modelling schema developed at the University of Nottingham. This geometric model of the fabric is interfaced with a mechanics modelling environment, ABAQUS, to predict its mechanical properties. The major advantages over other approaches are that all issues arising from textile mechanics modelling are considered, physically measured data are used as inputs and the traditional requirement of user intervention during model creation is removed. The developed model and its implementation are validated using the Kawabata Evaluation System for Fabrics on commercial fabrics subjected to variety of external loadings. The presented validation shows good agreement between the simulations utilising the finite element model and the experiments. The modelling approach is used as a virtual fabric design/testing system which allows designers to input yarn details and geometric fabric structures and to predict how the performance of the fabric depends on textile structures and basic material properties. The virtual testing shows that fabric mechanical performance depends in a complex way on structural parameters, geometric data and loading conditions due to the interaction between various deformation mechanisms. The virtual testing also shows that the bending and shear properties are very sensitive to the cross-sectional shape of the yarns, which need to be modelled accordingly in order to obtain good mechanical predictions.     

皮革板式压花机机架结构的优化设计

针对皮革板式压花机在工作过程中出现的机架裂纹甚至断裂破坏现象 ,采用有限元方法对机架作强度和刚度分析 ,并在此基础上进行故障诊断 ,以确定导致破坏的原因 ,为实用的机架结构设计提供一种新的思路和方法。采用模拟设计方法 ,对机架结构进行分析 ,计算出机架的最大应力和变形及其位置 ,并进行刚度和强度校核。改进设计的机架应用于生产实际 ,其强度和刚度满足要求。     

基于有限元方法的纸机干燥部机架机械性能分析

利用有限元分析软件ANSYS,对造纸机干燥部机架机械性能进行分析。通过静力分析,得出机架在静力载荷作用下的变形及应力分布。通过模态分析,得到机架的固有频率及对应的应变、应力情况。可望为干燥部的设计、故障诊断或改造提速提供理论依据。     

车架的扭转试验及有限元模拟研究

以EQ6590KS1型车架为研究对象,在车架扭转工况下,通过应变电测方法在车架的关键部位贴应变片,测试其静态扭转工况应力分布规律;通过有限元方法建立车架的计算模型,研究车架在扭转工况下的静态特性,并与试验结果进行比较,结果两者分布规律一致,有限元模拟最大应力为343 MPa.在此基础上,对车架结构作了改进,并进行模态分析,得到EQ6590KS1型车架在动态特性下的前七阶固有频率和相应的谐响应特性.     

三维机织增强复合材料弹道冲击边缘部分有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立基于三维机织增强复合材料的单胞模型,探讨子弹在三维机织增强复合材料中应力波的传播发生过程,对比分析子弹冲击后边缘部分的实验结果和模拟计算的结果,并对三维机织增强复合材料的最终破坏模式与常用的层合板进行了比较。结果表明：子弹在三维机织复合材料中的应力峰值随入射速度的增大而增大,并来回发生反射,弹头从三维机织增强复合材料下表面射出后其增强纱线的断裂较入射上表面粗糙,分层现象在三维机织增强复合材料内部没有发生,而实际观察的破坏孔洞与采用有限元软件模拟后的图形基本吻合。     

蜂窝状三维整体机织复合材料的弯曲性能及其有限元模拟

为解决蜂窝状复合材料在黏合压制过程中整体性差的问题,经合理设计在普通织机上织造截面为三角形的蜂窝状三维机织物,并采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺将蜂窝状三维机织物制备成复合材料。通过实验和Abaqus有限元模拟的方法,对比分析材料在不同加载速度下的载荷位移曲线、最大载荷速度曲线、最大吸能及破坏模式。结果表明,实验方法和有限元模拟得到的结果具有很好的统一性。使用模型可预测截面为三角形蜂窝状三维机织复合材料的力学性能,为高冲击损伤容限的蜂窝状三维机织复合材料优化设计提供理论参考。     

三维角联锁机织复合材料的冲击破坏有限元模拟分析

为研究层层接结三维角联锁机织复合材料的抗高速冲击性能,以指导抗冲击材料的结构设计,通过有限元分析的方法,计算此材料在具有不同入射速度弹体冲击下的动态响应。通过对比各种冲击条件下弹体的速度与时间曲线、加速度与时间曲线、材料渐进破坏扩展及最终破坏形态等的结果发现：冲击过程中,弹体的速度变化可被划分成2个阶段;弹体的加速度波动情况可直接反映复合材料靶体吸收弹体动能的动态规律;此外,经纱发生波浪状屈曲的区域是该类材料的重要结构部位,应在设计抗冲击型三维角联锁机织复合材料时进行局部强化与结构优化。     

用样条有限元法分析冲击荷载下杆的动力响应

用样条有限元法分析了杆的接触冲击动力响应问题，建立了计算格式，并用算例说明该方法的有效性。该方法充分利用了样条函数的解析和数值双重性及连续性强的优点来构造杆的位移函数，因此可推广应用于分析结构在冲击荷载下的动力响应问题。     

Experimental and macro finite element modeling studies on conformability behavior of woven nylon 66 composite reinforcement

Abstract

In this study, 3D hemispherical forming experiments are conducted to analyze the conformability behavior of nylon 66 plain woven reinforcements with different weft densities. To make insight into the forming process, a macro finite element model is also proposed for 3D forming of a specific woven reinforcement by using the defined ‘Fabric’ material. The results show that the proposed FEM modelling is highly correlated with experimental findings in terms of forming energy values with small and insignificant errors values, which confirm well model validity. It shows that the nylon 66 composite woven reinforcement with a lower weft density exhibits a lower forming energy (toughness) and hence a higher conformability over a hemispherical surface. On the other hand, modeling outputs clearly indicate that more wrinkling intensity appear for woven reinforcement with a higher weft density.     

有限单元法在织物悬垂仿真中的应用研究

以梁单元为模型，运用有限元法研究织物的悬垂性问题．建立了织物的模型进行理论分析，并进行了悬垂度仿真。仿真结果验证了模型 与方法的有效性，而且计算速度较快．     

Effect of pre-crack length on Mode I fracture toughness of 3-D angle-interlock woven composites from finite element analyses

Fracture toughness is a key factor to design impact behaviors of composite materials. This paper reports the influence of pre-crack length on Mode I fracture toughness of 3-D angle-interlock woven composites. Double cantilever beam specimens with different pre-crack lengths were tested to obtain load-displacement curves and strain energy release rates. A finite element analysis model at microstructure level was established to reveal the fracture damage development and stress distribution in the specimens. We found that the fracture toughness decreases with increase in pre-crack length. The higher pre-crack length resulted in increased stress concentration at crack tip position and the enhanced crack propagation. The higher strength through-thickness yarns are recommended for improving fracture toughness.     

摩擦片热固耦合的有限元分析

建立摩擦片的三维有限元模型,采用有限元方法对摩擦片进行瞬态生热分析,得到接合过程中摩擦片的瞬态温度分布,发现温度沿径向由内向外逐渐增高,最高温度区域分布在摩擦片外缘。对摩擦片进行热固耦合应力分析,结果表明,摩擦片热应力强度最大区域在接合面内侧,片体边缘变形较大。     

基于有限元的平房仓内部粮食颗粒摩擦力分析

为探究粮食颗粒内部之间的应力分布及颗粒与仓壁之间相对静摩擦力的分布规律,在考虑粮食颗粒压缩性对粮堆剪胀参数影响的情况下,通过理想弹塑性本构关系和Drucker-prager屈服准则,并采用非关联流动法则来模拟储料,建立了粮仓仓壁与粮食之间正压力、相对静摩擦力的有限元模型,分别模拟不同装粮高度下仓壁与粮食之间的相对静摩擦力、正压力等,找到不同装粮深度处仓壁的相对静摩擦系数分布规律。结果表明,不同装粮高度处的相对静摩擦系数是不同的,伴随深度的增加,系数呈先增加后减小趋势。可见,粮食颗粒相互间的作用力及颗粒与仓壁之间的静摩擦力对粮食重量测量具有十分重要的指导意义。     

基于有限元法的多列烘缸干燥部实验装置机械性能分析

基于有限元分析理论,利用ANSYS软件,对多列烘缸干燥部实验装置的机械性能进行分析。通过静力学分析,得出该实验装置在静态载荷作用下变形情况,校核其静态刚强度条件;通过模态分析,得到了实验装置的前6阶模态频率及模态振型。本文可为多列烘缸干燥部的设计、实施和运行操作提供计算机仿真数值参考及理论依据。     

有限元法计算碳化钨顶砧屈服强度

碳化钨顶砧的机械稳定性尤其是最大切应力值测定困难，导致第三强度理论缺少判据，致使不能按此理论设计出安全的顶砧尺寸。文章以H．Doi，Y．Fujiwara和K．Miyake对3％掺钴量的碳化钨硬质合金单向应力状态下的极限值测量结果为基础，依据强度理论，运用有限元法计算出YG3碳化钨顶砧极限切应力值为2．73GPa，解决了第三强度理论缺少判据的问题，为顶砧的设计及安全使用提供了判据。此种方法可应用于不同掺钻量的硬质合金顶砧屈服强度的测定。     

基于有限元模型的喷气涡流纺纤维运动轨迹模拟

为模拟喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维的运动轨迹,针对喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维柔性体的动力学特点,基于弹性细杆单元建立纤维有限元模型,结合喷气涡流纺气流加捻腔内流场的气压、速度分布特征,确立自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程,遵循力学平衡、能量守恒、质量守恒和动量守恒等原理,解析自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程的待定系数,数值模拟自由端纤维在加捻腔内高速旋转气流作用下的运动轨迹;利用示踪纤维法对有限元模拟纤维运动轨迹的理论结果进行验证。结果表明,基于弹性细杆单元的有限元模型对于模拟纤维运动轨迹具有一定可行性和有效性。     

空气层及织物层数对通过纺织品热量损失的影响

由热量通过纺织品传递的基本规律入手 ,建立了描述热量通过纺织品传递的理论模型 ,利用有限元分析方法完成了相应的理论计算 ,并通过实验对理论分析结果进行验证。分析过程中针对纯棉织物 ,由织物外层表面温度及一定时间内总的热量损失等入手 ,从理论及实验 2个方面阐述了织物层数、人体与织物之间的空气层、织物间空气层在不同的环境温度下对热量传递的影响。     

基于接触的蒸汽定型锅应力分析与评定

进行了弹塑性有限元分析,并与弹性解进行比较。2种方法获得的解相近,齿面接触压力均是从齿两侧向中部逐步降低,沿径向则呈抛物线分布,最大应力都出现在上法兰的齿根部,说明按弹性假设计算的解是合理的。大量工程使用经验也表明,利用弹性接触单元法进行分析的定型锅,能够满足结构强度和疲劳寿命的要求。