复合材料管接头拉扭作用下胶层应力分析

发展了一种复合材料胶接管接头在拉伸和扭转载荷作用下胶层内应力分析模型。该模型利用管接头结构中缠绕法成形的管和套管材料、几何形状和所承受载荷的轴对称性,采用一阶层合板理论分析管壁的应力和变形。通过管接头中管、套管和它们之间胶层的位移协调性确定胶层内的应变和应力,从而建立了管接头结构的平衡方程。本模型计算了缠绕角为54°和26°管接头胶层内剥离应力、轴向剪切应力和切向剪切应力,计算结果与有限元分析结果相吻合。      

复合材料加筋层合板的极限强度分析

基于更新拉格朗日格式,应用非线性层合三维退化壳元,结合有效的复合材料失效准则、刚度退化模型以及提出的刚度矩阵奇异判断准则,对复合材料加筋层合板在轴向载荷作用下的压缩极限强度问题进行深入研究。讨论了铺层方式、板厚等对极限强度的影响。通过与试验结果进行比较,表明基于提出的刚度矩阵奇异判断准则,结合增量更新拉格朗日格式下非线性层合三维退化有限元的计算方法,能有效计算复合材料加筋层合板的轴向压缩极限强度,并具有很高的精度。     

异形截面木塑复合材料托盘的数值模拟与实验对比分析

利用有限元数值仿真技术,研究了具有异形截面的木塑复合材料托盘的承载能力。采用自定义截面梁单元建立木塑复合材料的异型截面梁模型;基于该异形截面梁模型,建立了托盘有限元模型,并进行承载能力计算;最后将数值计算结果与实验结果进行对比分析。研究结果表明：数值分析结果与实验结果有比较好的一致性;数值分析方法的计算精度满足实际工程需要。该方法用于具有复杂截面形状的木塑复合材料及制品的研究与开发,能节约实验及研发成本、缩短研发周期。     

随机有限元分析及其在复合材料中的应用

本文利用局部平均理论和随饥变量特征正交化方法给出了随机有限元分析的基本列式。应用本文提出的方法,分析了纤维分布具有微小随机性对复合材料位移场和应力场扰动的灵敏程度。     

锅炉对流管胀管接头开裂失效分析

通过宏观检验、化学成分分析、扫描电镜断口分析、金相检验以及力学性能测试等方法,对某糖厂锅炉对流管胀管接头的开裂失效原因进行了分析。结果表明:对流管胀管接头开裂主要是由于锅炉在频繁快速启、停过程中,悬吊下锅筒的对流管反复膨胀、回复,导致对流管在受应力集中及弯曲应力作用最大的胀管接头处产生热疲劳裂纹,裂纹沿晶扩展导致胀管接头脆性开裂。     

三维四步编织复合材料刚度和强度的数值模拟

为了研究三维四步法编织复合材料的力学性能,利用ANSYS有限元软件对材料的细观体胞模型进行数值模拟,计算三维编织复合材料的宏观弹性常数,讨论了纤维编织角和体积比对弹性常数的影响。采用不同的强度准则分别对纤维束和基体材料进行强度校核,从而得到材料发生破坏时失效单元的体积百分比。根据失效单元的分布情况分析材料的破坏机理,进而预报材料的拉伸强度。模拟计算结果与实验值吻合较好。     

碳纤维/环氧树脂复合材料圆筒在低速横向冲击下的数值研究

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对碳纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆筒的低速横向冲击进行模拟,运用大变形损伤本构方程和冲击动力学方程对其进行动态响应分析.采用接触力历程、内能历程和位移历程研究了冲击速度、边界条件和铺层顺序对圆筒动态响应的影响,并评价了不同冲击状态下薄壁圆筒的抗冲击性.结果表明,[553/-553/55/-55/0/90]圆筒试样的抗冲击性与其它铺层顺序试样相比较好.     

形状记忆合金混杂复合材料层板的有限元分析与强度研究

形状记忆合金(SMA)与复合材料层板结合后,构成可驱动材料。形状记忆合金的非线性及其与复合材料层板的结合界面的力学性能对整体材料的性能影响较大。通过对埋入形状记忆合金驱动器的复合材料层板进行有限元模拟分析与试验研究,用有限元模拟分析的方法可以比较准确地模拟埋入形状记忆合金后复合材料的应力分布情况,结果表明,形状记忆合金的埋入不会对材料的强度产生较大影响。     

树脂基复合材料界面剪切强度的测定

本文建立了一种界面剪切强度表征的新方法,对复合材料的单根纤维施加轴向压力,使其与周围树脂基体脱胶。通过有限元分析,得到界面剪切强度。这种方法适用于实际复合材料制件,克服了其它测试方法的不足,它不仅对于界面研究具有重大的理论价值,而且对复合材料制品检测,力学设计等方面都具有重要的实际意义。并可望用于测定金属基、陶瓷基复合材料的界面剪切强度。     

金刚石/铜复合材料对大功率LED性能影响的数值分析

解决大功率发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的散热问题是提高LED封装可靠性的重要环节,其突破点就是对芯片热沉和基架材料及封装结构的设计.本文采用有限元方法研究了热沉材料及散热结构对大功率LED散热性能的影响.结果表明,当大功率LED具有相同的水冷散热结构、不同的热沉材料时,其温度场分布的趋势一致,都是芯片处的温度处于最高,随着与芯片距离的增加温度逐渐降低,水冷部分处于最低.与采用铜热沉的大功率LED相比,采用金刚石/铜复合材料热沉的大功率LED的芯片结温更低,芯片功率为5W和20W时芯片结温的降低率分别为9％和120,因此,金刚石/铜复合材料对降低大功率LED芯片结温的效果比较明显,且LED的芯片输入功率越大,金刚石/铜复合材料热沉对LED散热起到的作用越大.当大功率LED具有相同的金刚石/铜复合材料热沉、不同的散热结构时,水冷散热结构的散热效果要远远高于鳍片散热结构.     

复合材料气瓶的有限元建模与屈曲分析

复合材料气瓶在空间系统中逐渐取代全金属气瓶而得到越来越广泛的应用.利用ANSYS大型有限元程序建立复合材料气瓶及其内衬的有限元模型,建模中将纤维缠绕层作为复合材料层合板处理,考虑了封头处缠绕层厚度及缠绕角沿子午线不断变化的情况.建立了气瓶整体结构的特征值屈曲分析与非线性屈曲分析有限元方程,并分别进行了气瓶整体结构和内衬的外压失稳(屈曲)分析计算,得出了气瓶整体结构及内衬的屈曲模态形状和临界外压.     

复合材料层合板缺口强度的CDM三维数值模型

针对复合材料层合结构缺口强度问题,基于连续损伤力学（CDM）提出了一种三维损伤数值模型。模型区分了层内损伤（纤维失效、纤维间失效）和层间分层损伤的不同失效模式。采用三维Puck准则与Aymerich准则对上述2类损伤进行判定,材料失效后基于CDM中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型考虑了复合材料层合板子层的就位效应和剪切非线性行为。对Carlsson的AS4/3501-6缺口拉伸强度试验进行数值模拟。结果表明:分析结果与试验结果吻合良好,证明了该模型能够准确地预测含缺口复合材料层合板面内拉伸强度。      

复合材料层合板固化压实过程有限元数值模拟及影响因素分析

根据有效应力准则和达西定律建立了描述复合材料固化压实过程层合板压缩和树脂流动的二维有限元方程, 节点自由度为位移和树脂压力, 采用向后差分方法直接耦合积分求解以提高收敛速度。数值计算结果表明: 随着层合板厚度的增加, 厚度压缩率减小, 固化压实所需时间增加, 树脂在厚度方向的不均匀性逐渐增加。对于厚度较大的层合板, 采用提高固化压力和双面吸胶两种工艺对比情况说明, 后者可以显著提高压实程度并得到相对均匀的树脂含量分布。      

SiCf/TC17复合材料界面剪切强度测试与有限元分析

界面强度对钛基复合材料的性能有重要影响。采用纤维顶出实验(push-outtest)对连续SiC纤维增强TC17复合材料的界面剪切强度进行了测试,采用SEM观察了样品的形貌。以纤维/基体完全分离后的摩擦力为出发点,采用有限元方法确定了复合材料成型过程中残余应力的产生温度,并计算了残余应力的分布,比较了顶出实验样品制备前后残余应力的变化情况及样品厚度、体积分数对残余应力分布的影响;采用内聚力模型(CZM)分析了界面的化学结合强度。结果表明:SiCf/TC17复合材料高温成型后的冷却过程中开始产生残余应力的温度为775℃;顶出实验样品制备后界面处生成了残余剪切应力,其大小和分布与样品的体积分数和厚度相关,界面处的残余剪切应力造成了界面剪切强度的测试结果与界面化学结合强度的差异;室温下SiCf/TC17复合材料的界面化学结合强度约为450MPa。     

GFRP复合材料与砖界面粘结性能的数值模拟

纤维复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)加固砌体结构剥离破坏是一种常见的破坏形式。对玻璃纤维复合材料(GFRP)和砖粘结界面进行数值模拟,用Solid65单元和Shell41单元分别模拟砖和GFRP,采用接触单元的方法,用"接触对"将砖实体单元和GFRP单元连接在一起,研究粘结界面的应力、应变分布特点和破坏过程。分析结果表明用有限元模拟分析粘结界面应力状态具有一定的可行性。     

复合材料宏观强度准则预测能力分析

对复合材料宏观强度准则进行了总结和评述,对最具有代表性的5种强度准则的预测能力进行了综合评估。首先,由各强度准则得到了不同平面应力状态下AS4/3501-6材料的理论失效包线,以此阐明了各强度准则的物理本质。然后,考虑到强度的分散性,采用Monte-Carlo方法并基于各强度准则建立了4种材料的概率失效包线和强度分散带。最后,结合多组试验数据,客观评估了各强度准则的预测能力。评估结果表明:各强度准则的预测结果都不可能完好地吻合所有的试验结果;相比于Max-Stress准则、Hashin准则和Tsai-Wu准则,Puck准则和LaRC03准则的预测能力相对较好,且对复合材料的损伤机理有更为合理的解释。     

纤维增强高分子聚合物基复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力-应变场.对旋转体和非旋转体纤维增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算.分析了纤维的排列分布和纤维的几何形状对有效模量的影响.数值结果表明,轴向杨氏模量对细观结构不敏感,而纤维的形状排列方式对横观有效性能影响是显着的.      

模具对柱面复合材料构件固化变形影响的有限元分析

针对复合材料构件固化变形问题, 分析了复合材料热压罐成型固化过程的多场耦合关系, 考虑模具的作用, 建立了柱面复合材料构件固化过程的有限元分析模型。基于此模型, 研究了模具材料、 模具厚度和模具形式对柱面复合材料构件固化变形的影响。结果表明: 模具对柱面件固化变形的影响较大, 模具材料与构件材料热膨胀系数(CTE)不匹配程度影响构件回弹角的大小; 模具的厚度不同, 导致构件的不同回弹角; 采用阴模时, 构件回弹角小于阳模的, 且回弹方向相反。     

复合材料高温强度测试分析及数值模拟

对碳纤维环氧树脂复合材料T300/AG80的力学性能进行了测试与计算.采用QBT-70-400x高低温测控系统与万能试验机相结合,得到了材料在不同温度下的拉伸破坏强度和有效弹性模量,分析了温度对材料力学性能的影响,并结合试件破坏断口形貌分析了试件的损伤模式及破坏机理.以试验所得纵横向有效弹性模量为基础,参考其它实测热物理参数,用有限元方法对试件拉伸过程进行了数值模拟分析,将计算结果与试验结果相对比,数据基本吻合.分析试验和数值结果可知,温度升高所带来的温度应力和环氧树脂软化分解是材料力学性能下降的主要原因,但受温度影响的试件破坏模式的差异对材料力学性能的影响也很明显.     

基于超声波的复合材料层间剪切强度表征分析

采用数字采样、相关分析、频谱分析等方法,结合部分复合材料层板剪切强度试验,验证材料性能与分析结果的对应性、研究分析参数的选择,为无损表征复合材料剪切强度的可行性做了有益的探索.