碳纤维布胶接修复含裂纹钢管仿真分析

在胶接修复工艺中,裂纹的形式和不同的胶接方案影响结构的修复效果.以裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)为依据,分别对含有2种裂纹形式的钢管进行了仿真分析,探讨钢管的裂纹大小、碳纤维布的长度和层数对胶接修复强度的影响.分析结果表明,增加碳纤维布长度可以有效提高修复结构的强度,当长度超过有效胶接长度后,提高幅度不明显.裂纹面积所占比例越大,裂纹处应力集中程度越高,胶接碳纤维布的修复效果越显著.2层碳纤维布胶接修复对SIF的增长抑制效果比1层碳纤维布提高了10％以上,对于圆周裂纹损伤程度较小时,使用1层碳纤维布修复已能有效改善钢管的结构性能,对于圆弧裂纹和损伤程度较大的圆周裂纹,建议使用2层碳纤维布修复.     

碳纤维布胶接修复含裂纹钢管仿真分析

在胶接修复工艺中,裂纹的形式和不同的胶接方案影响结构的修复效果.以裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)为依据,分别对含有2种裂纹形式的钢管进行了仿真分析,探讨钢管的裂纹大小、碳纤维布的长度和层数对胶接修复强度的影响.分析结果表明,增加碳纤维布长度可以有效提高修复结构的强度,当长度超过有效胶接长度后,提高幅度不明显.裂纹面积所占比例越大,裂纹处应力集中程度越高,胶接碳纤维布的修复效果越显著.2层碳纤维布胶接修复对SIF的增长抑制效果比1层碳纤维布提高了10％以上,对于圆周裂纹损伤程度较小时,使用1层碳纤维布修复已能有效改善钢管的结构性能,对于圆弧裂纹和损伤程度较大的圆周裂纹,建议使用2层碳纤维布修复.     

碳纤维管与铝合金的胶接强度试验研究

根据赛车轻量化设计的需要,对碳纤维管与铝合金接头的胶接工艺进行了试验研究。分析了胶接强度的影响因素,设计了因素水平;通过正交试验和分析,确定了胶层厚度、铝合金表面粗糙度和表面化学处理方式。试验结果为胶接工艺的实施提供了试验依据。     

碳纤维增强复合材料应力检测方法对比研究

碳纤维增强复合材料在制备加工过程中,会在外力影响下出现分层、断裂等情况,这是应力状态对材料自身的影响。文章结合实验案例,对适用于碳纤维增强复合材料的3种应力检测方法进行研究。结果表明,拉曼光谱法和电阻法更适用于实验室的应力检测,光纤光栅法更适用于工程化的产品检测。     

搭接长度对胶接接头工作应力分布影响的数值分析

运用弹塑性有限元法对单搭接金属胶接接头承载后的应力分布特征进行分析，重点研究搭接长度对分别采用酚醛树脂和丙烯酸酯制备的接头应力分布和接头强度的影响。结果表明，胶粘剂的性能对应力分布有较大影响，酚醛树脂胶粘剂制备的接头中胶瘤承担了相当多的载荷，且随搭接长度的增加,von Mises等效应力峰值和剪切应力峰值均趋于向胶层内转移，胶层中各部位的应力亦均有下降；当采用丙烯酸酯胶制备的接头时，胶瘤承载作用并不明显，其应力峰值出现在胶层中被粘物拐角处。     

胶瘤对单搭接胶接接头应力分布影响的数值分析

运用二维弹塑性有限元法对具有不同几何形状胶瘤的单搭接胶接接头承载后的应力特征进行分析.计算结果表明,胶瘤的存在可大大减小胶层和被粘物界面上的各个应力峰,界面上的Mises应力、剪切应力和剥离应力可分别减少近20%、10%和50%.胶瘤的几何形状不同对胶接接头的应力分布也有较大影响.用金属块代替胶瘤后,胶层和被粘物界面上的应力峰值进一步减小,且位置由胶瘤内侧转移到胶瘤外侧,胶接接头强度进一步增强.     

一种考虑胶瘤的胶接简化有限元模型:应力与刚度分析

胶接接头中总存在胶瘤,由于建模复杂,胶接接头有限元分析中胶瘤常被忽略.但胶瘤能减少峰值应力,提高结构强度和刚度.为此,提出一种简化的胶接有限元模型,即用壳单元代表胶瘤,体单元代表被粘体和胶层,并用弹性理论建立壳单元等效厚度公式.以体单元精细模型结果作为对比的真实解,考察五种载荷工况下,单搭接头简化有限元模型的胶层应力和刚度.分析表明,壳单元等效厚度公式正确,胶接简化有限元模型精度高,可用于诸如汽车等大型结构中;用壳单元简单模型可定量分析胶瘤大小和形状对接头应力和总体刚度性能的影响.     

复合材料胶接强度分析

以Von Mises屈服准则为胶层失效判据及基于应力分布的三维Hashin失效准则为复合材料层合板失效判据,采用材料刚度退化的方法,在ANSYS中建立了考虑复合材料层合板和胶层失效的复合材料胶接强度分析模型;利用该模型对复合材料胶接强度进行了准确预测.重点研究了胶层厚度和胶接长度两个设计参数对复合材料胶接强度的影响,结果表明:胶接强度在一定范围内随着胶层厚度和胶接长度的增大而增大,呈非线性关系.     

混元胶接单搭接头的应力与刚度分析

拉剪胶接接头的峰值应力常发生在搭接区端头,而中间区的应力非常小,为降低应力集中,提高接头强度和连接效率,系统研究胶层变刚度的混元胶接技术,将高弹性模量的脆性胶置于中间区,而低模量的韧性胶置于搭接区边缘.以胶接理论为基础,考虑被粘物剪切应变,建立单搭拉剪混元胶接接头的线弹性应力和刚度解析模型.理论模型中的正应力和剪应力与有限元模型吻合得较好,证实理论模型的正确性.有限元和解析解均表明,混元胶接接头在搭接区端头的峰值剪应力分别较单一刚性胶和柔性胶胶接时下降了52.1%和24.4%,参数研究中确定了影响混元胶接接头应力和刚度分布特征的关键耦合参数.     

碳纤维复合材料与铝合金胶铆混合连接力学性能可靠性研究

胶铆混合连接是融合了胶接与铆接的一种新型连接形式,具备优异的力学性能。但是由于设计参数众多、制造工艺复杂,混合接头性能存在较大的波动性,难以保障其可靠性。所以需要对影响结构可靠性的关键参数进行识别与优化,从而控制混合连接的加工质量波动。研究提出一套基于三维有限元仿真的铝合金-碳纤维复合材料接头力学性能关键参数的识别与优化方法,通过构造高精度的三维有限元仿真模型,在力学仿真中引入来自材料、几何和装配的多个试验量化不确定源,实现了力学响应随机性预测。在此基础上,采用基于多项式混沌展开与Sobol指标结合的灵敏度分析策略,量化各参数对接头力学响应的相对贡献,识别出胶层厚度、搭接长度、碳纤维复合材料厚度和孔的纵向位置是对该混合连接接头最重要的四个参数。通过优化重要参数,使接头力学性能的可靠性达到设计要求。结果表明,该方法能在考虑参数不确定性的情况下,有效、准确地确定混合连接接头的重要参数,并用于提高混合连接的设计效率和质量。     

纤维增强复合材料结构的宏细观一体化分析方法

基于复合材料细观结构周期性假设 ,建立了一种数值型细观力学模型 ,通过将该细观力学模型与有限元分析相结合 ,建立了纤维增强复合材料结构的宏、细观一体化分析方法。该方法在结构分析中能够在获得宏观应力、应变场的同时获得细观应力、应变场。该方法可用于复杂细观结构特征的复合材料结构分析 ,也能用于涉及材料非线性的复合材料结构分析。     

碳纤维复合材料单钉连接拉伸性能仿真分析和试验研究

针对某体系碳纤维复合材料单钉连接拉伸性能开展了仿真试验研究。首先利用三维有限元方法对不同参数的单钉连接进行了累积损伤分析,预测了连接的拉伸性能和破坏模式,然后通过标准试件的拉伸试验,得到了连接的相关性能参数,仿真结果和试验结果吻合良好,证明了仿真分析的合理性和准确性。文中仿真分析和试验的结论可作为后续设计工作的基础。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板钻孔有限元仿真研究

由碳纤维复合材料和钛合金组成的叠层材料加工越来越受到飞机制造业的青睐。对该材料的加工需要钻削大量的连接孔。本文基于有限元仿真,分别针对CFRP/Ti叠层板和CFRP单板进行钻孔模拟,分析切削参数对轴向力和加工质量的影响。结果表明,采用大的主轴转速和小的进给速度能够减小碳纤维复合材料部分的轴向力,从而改善其出口质量。此外,在碳纤维复合材料下添加金属衬板,也可以有效地减小其出口分层。     

碳纤维增强复合材料加固中心孔钢板综合优化

采用多级优化方法对碳纤维增强复合材料加固中心孔钢板进行优化设计,首先,采用拉丁超立方方法选取试验样本点,利用移动最小二乘法拟合近似代理模型,在代理模型基础上采用自适应响应面优化方法优化基本铺层厚度;然后,结合复合材料制造约束条件,利用Optistruct对铺层顺序进行优化,得到最佳铺层设计方案。经过多级优化设计后,钢板中心孔处应力分布更合理,最大Mises应力减小了56.6%。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层钻孔质量研究

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,钛合金切屑在排出孔外过程中会对CFRP孔质量造成损伤。为了探究CFRP在叠层钻孔时的质量特性,设计正交试验分析了钛合金切屑和切削参数对CFRP层钻孔质量的影响。观察了轴向切削力和力矩的变化以及钛合金切屑形态,分析CFRP层孔径超差和入口撕裂的机理。结果表明:大进给量条件下,高温、高硬度的钛合金切屑会对CFRP产生严重的侵蚀,是导致CFRP孔径超差的主要原因,并会增大入口撕裂程度;CFRP入口撕裂主要产生在切削速度和纤维方向夹角θ=45°的位置,低切削速度不利于切削CFRP,会加大入口撕裂程度。因此,应使用小进给量钻削钛合金层,使用大切削速度钻削CFRP层;在保证钻头强度的前提下,推荐使用具有较大容屑空间的钻头。     

直齿圆柱齿轮齿根三维弹性应力分析

采用有限元软件ANSYS提供的子模型技术,对有限宽度(齿宽系数=0.03~1.2)渐开线直齿圆柱齿轮齿根附近三维弹性应力场进行了详细分析;重点研究了齿根附近应力与齿轮宽度之间的关系。结果表明,齿根应力沿宽度分布是不均匀的,其最大值及相应位置与宽度有关;有限宽度直齿圆柱齿轮齿根应力最大值大于按平面应变假设计算得到的结果;齿根附近总位移沿宽度分布也不均匀,在靠近表面附近有较明显的变化。     

超硬镀膜轴承滚动体的内应力及膜厚对其影响的有限元分析

本文应用三维有限元方法，分析计算了沉积超硬涂层的轴承滚动体的内应力及膜厚对内应力分布规律的影响；揭示了在接触区附近，涂层内应力呈局部凹凸面分布，界面附近的底材内应力呈＂礼帽＂型分布；并且当涂层厚度增大时，膜内最大应力减小，底材内最大应力却增大。涂层厚度一般不宜超过８μｍ．计算结果为超硬涂层轴承设计提供了理论参考．     

高速钻削碳纤维复合材料轴向力的非线性回归分析

针对高速钻削碳纤维复合材料的轴向力问题,采用φ5.0 mm的硬质合金麻花钻钻头进行了试验研究。得到转速n和进给速度vf在9 000 r/min≤n≤19 000 r/min和40 mm/min≤vf≤130mm/min范围内成立的二元非线性回归公式的2种形式Fz=Fz(vf,n)和Fz=Fz(f,n)。还给出固定其中任何1个自变量,约化出的一系列一元函数公式的曲线,并从中总结出4点唯象规律。     

柔性再生碳纤维湿法取向仿真模拟及其复合材料性能研究

基于珠链模型,采用离散单元法对纤维模型进行柔性化处理;通过搭建EDEM-Fluent耦合仿真模型,对柔性再生碳纤维在渐缩流场中的流动取向过程进行仿真模拟。采用湿法取向技术对6 mm纤维进行重新取向排布制备取向毡,将仿真结果与实验结果进行对比。采用模压法制备了碳纤维/环氧树脂基复合材料,对其力学性能进行表征。结果表明：在纤维跟随流体运动的过程中,纤维会受到轴向剪切力的作用,发生不同程度的弯曲变形,并沿着流体流动方向发生旋转,从而在移动过程中完成取向。利用二维方向张量对纤维毡取向度进行表征,其取向度为98%;制备的取向复合材料弯曲强度和模量较未取向材料分别提升70.6%和88.5%。     

钢-BFRP复合筋混凝土柱试验与骨架曲线模型研究

为了研究钢-玄武岩纤维(basalt fiber reinforced polymer,简称BFRP)复合筋混凝土柱的抗震性能,以复合筋的纤维含量(等效配筋率)为主要参数,开展了4个钢筋与复合筋混凝土柱的抗震性能试验。试验结果表明,随着复合筋二次刚度比的提高,构件承载力也有明显提高,构件具有较为显著的屈服后刚度。在试验基础上提出了钢-BFRP复合筋混凝土柱骨架曲线理论模型,建立了骨架曲线特征点参数与结构特性之间的解析关系,该表达式能够综合考虑矩形构件截面尺寸、轴压比和复合筋本构关系及配筋情况等参数影响。该模型与试验结果吻合较好,对普通钢筋混凝土柱也具有较好的预测性,说明该理论模型具有一定的实用性和精确性,可实现利用杆系模型开展结构层次的建模,供混凝土框架结构非线性分析参考。