碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤特性研究

以碳纤维复合材料层合板为研究对象,针对低速冲击损伤进行落球低速冲击数值模拟与试验研究,用三维Hash-in失效准则与内聚力单元相结合分析3种不同冲击能量下层合板的损伤演化规律,在试验过程中引入数字图像技术(digital image correlation,DIC)对冲击过程进行实时监测.结果表明:碳纤维复合材料层合板的损伤面积随低速冲击能量增加而增大,低能量以基体开裂为主,高能量以基体开裂和分层为主.用DIC技术得到层合板损伤表面应变规律和集中分布区,与数值模拟结果相验证,误差小于5％.     

某火炮自动机高速机构的热-结构耦合效应仿真分析

针对某高射速自动机在样机实弹射击时出现的周期性停射故障,应用热膨胀经典理论和有限元计算方法,对高射速自动机进行了热-结构耦合分析。结果表明：将结构尺寸作适当的调整,不仅能满足现阶段射速的要求,而且有进一步提高射速的空间。结构设计方案改进后的验证样机,经多轮实弹试验测试,没有出现周期性停射现象,故障得到解决。将热-结构耦合方法应用于工程实践,以期在解决类似故障和结构设计的分析方法上有所借鉴。     

复合材料层合板在水下多层防护结构中的抗爆效能

大型舰船一般设置水下多层防护结构以实现对重要舱室的防护.随着舰船设计中对总体资源及质量代价的要求越来越高,在多层防护结构内层应用吸能能力强的轻质复合材料是一种解决问题的新方法,但目前相关研究较少.借助有限元分析软件LS-DYNA中的任意朗格朗日-欧拉算法,研究典型舰船水下防护结构,对其中第2纵壁和第3纵壁采用碳纤维层合板结构形式,通过数值仿真分析不同铺层方式下层合板结构的抗冲击、防护性能.结果表明:第2纵壁以冲击方式为主,复合材料层合板90°铺层角度最好;第3纵壁以振动为主.该结论提供了一种构建轻质多层防护结构的新思路,可为多舱水下防护结构的研究、设计和优化提供参考.     

UHMWPE纤维层合板防弹性能数值分析研究

为研究UHMWPE纤维层合板的抗弹性能,将力学本构模型简化为面内"各向同性"模型和层间"节点力"模型,利用Abaqus 6.9实现全部分析过程,并根据分析结果讨论UHMWPE纤维层合板的失效模式。研究表明:简化后的模型能够较好地模拟UHMWPE纤维层合板的抗弹过程;在立方体破片高速侵彻时,靶板表现出明显的3阶段破坏,弹体发生镦粗和侵蚀现象,剩余速度和靶板变形的凸包高度跟试验值较为一致。     

含低速冲击损伤复合材料层合板剩余压缩强度预测

为了预测含低速冲击损伤复合材料层合板结构的剩余强度,建立了复合材料层合板结构从冲击到冲击后压缩的全过程分析模型.基于该模型,通过ABAQUS有限元仿真软件,结合Hashin失效准则和Cohesive界面单元,建立了复合材料层合板结构有限元分析模型,完成了低速冲击载荷下的有限元仿真模拟和冲击后剩余强度的有限元预测.通过与试验值对比,仿真结果与试验结果有良好的一致性,所建立模型能够有效进行含低速冲击损伤复合材料层合板结构的剩余强度预测.     

复合材料层合板开口的非对称补强研究

对开口复合材料层合板的非对称补强问题进行了有限元研究.结果表明:补强区域能在很大程度上降低层合板开口边缘截面上应力集中的效果,非对称插层补强方式的补强效果优于顺层补强.     

某转膛式武器闭气环的结构及动力特性分析

为了解决转膛式武器所存在的闭气问题,通过三维建模软件建立闭气活塞、闭气环、身管及弹仓三维模型。根据内弹道公式计算试验样机测得的相关数据,计算所得的膛压作为闭气活塞压力载荷。利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析在不同非线性材料闭气环条件下的闭气活塞运动特性和闭气面上的闭气压力特性。根据分析闭气活塞的刚柔耦合模型所得到的结果,选择闭气环的材料,为转膛式武器的闭气环设计提供依据。     

基于三维梁理论的电磁轨道炮复合身管抗弯性能分析

基于复合材料的三维厚壁梁理论,考虑梁的三维应变、挠曲等效应,建立了圆形电磁轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的等效抗弯刚度计算模型。采用组合梁的等效抗弯刚度计算法,对纤维缠绕的轨道炮身管的整体抗弯刚度进行了分析,并与层合板理论法、有限元法做了对比。结果显示,3种计算方法在缠绕角度较大时,计算结果一致性较好。分析了纤维缠绕角度的变化、不同径向位置的碳纤维缠绕角度变化以及不同内膛绝缘材料对身管轴向抗弯刚度的影响。研究结果表明：身管的轴向抗弯刚度在缠绕角度较小时,随着缠绕角度的增大,呈明显的下降趋势,并且其受内层碳纤维的缠绕角度影响要比外层碳纤维的要大;高密度、高弹性模量的内膛绝缘材料并不一定就能提高身管的轴向抗弯刚度。     

减振系统造成捷联惯性导航误差的有限元分析方法

为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。为研究减振系统由于破坏捷联惯性导航与载体之间固联关系而造成的惯性导航测量误差,分析误差机理,提出一种基于有限元的分析方法。在有限元软件中建立带减振器的捷联惯性导航系统模型,利用轨迹发生器生成的运动参数,对载体及惯性导航系统运动过程进行仿真。仿真结束后,从有限元分析结果中提取惯性器件测量数据,经导航解算,得到减振系统造成的惯性导航误差。研究结果表明,有限元分析方法能够实现减振系统造成惯性导航误差的定量分析,使得可以从捷联惯性导航测量精度的角度进行减振系统优化设计。     

复合材料层合板的抗弹性能模拟分析

采用有限元软件ABAQUS模拟圆锥头弹体正冲击纤维增强复合材料层合板,分析了不同层数层合板在不同冲击速度下,子弹初始速度和剩余速度的关系以及层合板的等效应力云图和破坏特征云图.结果表明:在保持单层板厚度不变时,增大层合板层数可显著增强层合板的抗弹性能;子弹的剩余速度与初始速度关系曲线变化特征为先突变后平缓变化再呈线性关系;层合板的等效应力的最大值由接触点扩展到四周固定边界,最后到击穿区域周围局部单元;复合材料层合板在高速冲击下直接发生剪切破坏,而在低速冲击下先达到一定挠度然后发生破坏,为纤维拉伸破坏.     

空投缓冲气囊有限元模型修正方法

为了提高空投缓冲气囊有限元模拟的准确性,需要对气囊有限元模型进行修正。建立了载荷-气囊系统有限元模型,通过模型参数对气囊缓冲特性的灵敏程度分析,选择气囊与地面之间的摩擦系数和气囊排气口流量系数作为待修正参数,建立了摩擦系数、流量系数与冲击响应的响应面模型,对该响应面模型采用遗传算法进行迭代修正,求解出待修正参数的最优解。通过修正前后仿真结果与试验结果的对比验证了模型修正的有效性。     

身管精锻过程跨尺度多晶体塑性有限元模拟与织构预测

径向精锻是一种先进的身管制造方法。身管的多晶体材料经锻打后,晶粒会发生择优取向形成织构,在宏观上产生各向异性现象,这是普通有限元方法所无法模拟的。利用数学软件Matlab和程序设计语言Python联合编程并结合有限元软件ABAQUS,建立身管精锻宏观模型和细观多晶体模型;应用跨尺度方法,开发程序实现了宏观力学至微观力学边界条件的继承,使研究的晶粒尺寸达到了真实尺寸。分析微观多晶体模型的晶粒取向变化,使用Matlab编程画出锻后多晶体材料的极图和取向分布函数图,并用X射线衍射试验验证了晶粒取向模拟结果的正确性。建立了将身管径向精锻从宏观锻造到细观织构联系起来的一套研究方法,为预测锻后身管性能变化提供了思路。     

某舰船控制柜的有限元静强度分析

针对舰船控制柜的使用环境具有比较严重的横倾工况的问题,对控制柜的承载结构进行有限元力学仿真.在减震器位置施加位移全约束,模拟控制柜横摇45°环境,同时施加横向2g和垂向1g加速度的冲击,并进行计算验证.计算结果表明:最大应力在减震器底座安装螺栓处,大小为191.2 MPa,低于材料许用应力235 MPa,满足设计要求,通过理论分析,降低了设计的风险,减少了后期重复的设计,节约设计成本,为产品的设计提供了理论依据.     

不同几何结构的C型电枢的有限元分析

根据麦克斯韦方程,对固体电枢电磁发射的过程进行了研究,对电枢在静态模型下的电磁发射进行了模拟。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对几种改进C型电枢进行了仿真计算,仿真结果显示了固体电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布,并研究了电枢几何结构参数改变对电磁性能的影响。研究工作为改进电枢设计,减小电枢烧蚀提供了理论依据。     

多联装导弹起落架复杂结构有限元分析

利用系统动力学分析方法计算了导弹起落架所承受的载荷;运用多种单元形式建立了起落架复杂结构有限元分析模型,基于动力学计算所得载荷以及复杂约束条件,计算了导弹发射时起落架结构刚强度,检验了起落架结构安全性和设计合理性.计算结果表明起落架最大应力部位存在安全隐患,与试验情况吻合,该工作为导弹起落架设计与修改提供了理论依据.     

棱镜式激光陀螺稳频伺服系统优化分析

基于对某型棱镜式激光陀螺稳频伺服系统工作原理和该系统实际工作情况的分析,建立了该陀螺稳频过程的物理模型。采用有限元分析法模拟获得跳模控制过程中谐振腔温度梯度场分布随稳频控制时间的变化规律,进而推导出谐振腔纵模跳变次数与系统控制参数的关系,得到一组针对跳模控制的系统优化控制参数。通过衡量陀螺测角速度精度的方式,进行实验验证,实验结果与模拟结果一致性较好。该研究对保证这种激光陀螺稳频系统的稳定工作以及提高数字化稳频回路的控制精度有参考价值。     

制导弹药用微惯性测量单元结构设计

针对制导弹药空间狭窄和发射过载高的环境特点, 提出了一种基于微机电系统 (MEMS)惯性器件的嵌入式一体化抗高过载微惯性测量单元(MEMS-IMU) 结构设计方法。在分析 MEMS-IMU结构设计原则和要求基础上,设计加工了MEMS-IMU 结构并研制了惯性测量系统。该 MEMS-IMU通过合理利用空间,极大地减小了体积和重量,同时采用一次性嵌入式的设计与加工方法,以及特殊的灌封材料与工艺,显著提高了结构的抗高过载性能。有限元分析结果表明该结构力学性能良好,马歇特落锤试验和地面炮击试验结果也表明该结构可满足制导弹药对MEMS-IMU 的小体积和抗高过载等要求。     

某火炮筒紧身管设计及有限元分析

针对筒紧身管应力分布复杂和发射时身管应力动态变化的问题,设计筒紧身管外形尺寸,按筒紧身管的弹性强度极限进行实际校核.根据lame公式和力的叠加原理对身管内外筒的应力进行理论计算,用ANSYS软件对预应力下的筒紧身管和发射时身管的应力分布情况进行仿真,并比较理论计算值和有限元仿真分析值.结果表明:筒紧身管内筒受力变化复杂,内筒和外筒的内壁应力集中,且呈分层特性.     

基于有限元的锁紧螺母动态响应分析

以某液力机械行星变速结构涡轮轴紧固机构为研究对象,开展基于有限元的扭转振动激励对于紧固件预紧力和内部接触力变化规律的研究.通过建立有限元模型,分析在不同预紧力作用下螺母的轴向位移幅值变化规律和垫片止动舌与螺母、垫片内止动舌与螺纹轴的接触力的变化规律.由仿真结果可知:预紧力越小,螺母的轴向位移幅值在输入轴的扭转激励作用下逐渐增大的趋势越快,紧固件松动的趋势也越快.垫片止动舌与螺母、垫片内止动舌与螺纹轴的接触力出现周期性变化,随着紧固件的松动,其接触力幅值逐渐增大,止动舌受到疲劳断裂的机率增大.