损伤位置对复合材料加筋壁板轴压承载能力的影响

通过落锤冲击试验分别在复合材料加筋壁板的蒙皮中央、长桁平筋边缘和长桁轴线处冲击出深约1mm的凹坑,然后对其进行轴压试验,研究了损伤位置对加筋壁板轴压承载能力的影响,并与未损伤试样进行了对比。结果表明:损伤位置对复合材料加筋壁板轴压承载能力有很大影响,损伤位于蒙皮中央、长桁平筋边缘、长桁轴线处加筋壁板的屈曲载荷分别为未损伤加筋壁板的83.1%,90.7%,96.1%,破坏载荷分别为未损伤加筋壁板的90.2%,84.8%,79.7%;蒙皮对加筋壁板的整体稳定性起主要作用,筋条对加筋壁板的最终承载能力起主要作用。     

剪切载荷下复合材料加筋壁板的屈曲性能及承载能力试验研究

对3种不同蒙皮/长桁刚度配比的无损与含目视勉强可见损伤(BVID)的复合材料加筋壁板,分别进行剪切载荷下的试验研究,得到了结构的屈曲载荷、承载能力及失效模式,研究成果可为今后复合材料加筋壁板的设计提供参考。试验表明,在一定范围内,剪切试验件的承载能力随着蒙皮/长桁刚度配比的增加而增加,对于蒙皮/长桁刚度配比为3.79的试验件,冲击损伤对结构承载能力的影响较为明显,且帽顶冲击损伤对试验件的承载能力影响更大。对于蒙皮/长桁刚度配比为3.84、3.92的试验件,冲击损伤对试验件的承载能力影响不大,但是冲击损伤降低了局部刚度,造成结构件发生局部屈曲而导致破坏。     

缺口细节对加筋壁板剪切稳定性的影响

在加筋壁板剪切稳定性研究中,壁板试件4个边角处细节的构型对剪切破坏强度影响很大。本文分析了3种典型细节的加筋壁板稳定性强度试验数据,并使用有限元方法进行了静力分析。结果表明,直角细节设计方式在受压侧顶点处产生较大应力集中,导致试验件过早破坏,建议采用圆角或钝角进行细节设计。     

复合材料加筋壁板稳定性影响分析

分别运用特征值法和弧长法开展T字型加筋壁板稳定性及其影响因素分析.分析表明:特征值法和弧长法所得结果相近,弧长法分析结果较为安全,特征值法可作为观察模型屈曲位置及模态图的分析方法.加筋壁板屈曲载荷随筋条间距的变化呈抛物线状,较平均的筋条布置有利于加筋壁板的整体稳定性.加筋壁板屈曲载荷随凸缘宽度的变化呈抛物线状,保持筋条横截面面积不变,筋条凸缘宽为60mm时屈曲载荷达到最大值.较小的凸缘宽度会导致筋条屈曲的发生,应在实际设计中予以避免.     

复合材料加筋壁板剪切破坏试验与后屈曲分析

针对复合材料加筋壁板在剪切载荷下的稳定性和承载特性,开展了破坏试验和后屈曲分析方法的研究。基于三维Hashin准则和平方应力准则作为复合材料层板和界面胶层的失效判据及刚度退化策略,建立了考虑渐进损伤的剪切破坏分析模型,利用编制的用户自定义UMAT子程序,实现了在ABAQUS中的应用和承载能力的求解。与试验结果相比,结构承载能力和应变状态数值分析与试验值吻合良好,预测的破坏模式也与试验结果一致,屈曲载荷和承载能力相对误差分别为5.4%和3.5%,验证了该建模分析方法的有效性。     

典型复合材料加筋壁板优化设计

针对复合材料加筋壁板的稳定性优化问题提出了一种用混合罚函数法、Powell法、黄金分割法、改进的坐标轮换法和遗传算法相结合的混合优化算法.并通过优化程序实现了以加筋板的屈曲载荷最大为目标的优化设计,最后通过算例验证了优化方法的有效性,同时对优化结果进行了深入地分析.得到的结论对加筋板的设计有一定的指导意义.     

曲加筋条壁板优化设计研究

针对多设计变量的新型曲加筋条壁板(curvilinearly stiffened panels)优化问题,提出了一种参数化设计方法。该方法以加筋壁板的重量最小为目标,以加筋壁板屈曲、von Mises应力和筋条压损等为约束条件,通过MSC.Patran/Nastran进行参数化建模并获得结构响应,采用非劣分层遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)实施结构优化。为了合理、简洁地描述曲加筋条的几何形状,采用B样条定义曲加筋条的轴线,并取其起点、终点和控制点坐标为位置/形状设计变量。利用单级优化策略,同时对位置/形状变量和包括筋条高度、筋条厚度以及平板厚度在内的尺寸变量进行优化。采用该设计方法,在结构承受面内压缩和剪切载荷以及四边简支的条件下,分别对采用直/曲加筋条的壁板进行了轻量化设计。结果表明,复杂载荷作用下,采用相同数目的曲加筋条能够提高结构效率,实现结构减重。     

复合材料加筋壁板结构工程化优化设计

针对飞机结构减重的需求,对复合材料加筋壁板结构的优化设计工程化方法进行发展和研究。为减少优化规模,采用布局尺寸优化和铺层顺序优化两级优化的策略进行优化。布局尺寸优化采用内点罚函数法、Powell方法和黄金分割法,在保证稳定性约束条件下减少结构重量;铺层顺序优化运用了铺层参数的概念来提高优化效率。算例表明,该方法在满足约束条件的情况下,很好地实现了结构的减重,且求解效率较高,方便工程实用。     

筋条分层损伤复材加筋壁板的稳定性分析及修理

从工程实际问题出发,采用有限元方法,模拟典型结构/典型分层类型,对某型飞机筋条带分层损伤的复合材料加筋壁板稳定性进行计算分析,针对分层原因提出损伤控制和修理的工程可行方案。全尺寸带分层损伤结构静强度试验表明壁板稳定性决定结构整体承载能力,由于筋条分层提高壁板工作应力的同时降低了蒙皮局部支持刚度,导致初始失稳载荷及总体承载能力的下降。试验结果较好的印证了有限元分析方法的正确性。     

长桁中断复合材料胶接加筋板的拉伸失效分析

通过对长桁中断复合材料胶接加筋板的拉伸试验和有限元模拟,研究了复合材料加筋板的破坏特性。结果表明:长桁端头有很高的应力集中,桁条被切断导致加筋板传力路线改变;试件的破坏模式为蒙皮与长桁的筋条脱粘,脱粘起始于桁条端部,并沿着蒙皮与长桁的界面扩展;基于断裂力学失效准则的内聚力单元模拟胶接界面,可有效模拟复合材料加筋板的脱粘起始和扩展。验证了改进后的加筋板明显优于参考加筋板。讨论了几何参数对结构承载能力的影响,。     

湿热环境对复合材料加筋板压缩性能的影响

使纤维增强树脂基复合材料加筋板在70℃、水浴条件下达到吸湿平衡,然后对普通加筋板和吸湿平衡后加筋板进行压缩试验,研究了湿热环境对复合材料屈曲形式、屈曲载荷、破坏载荷和承载能力的影响。结果表明:两种加筋板的破坏形式均主要表现为筋条的脱胶、断裂和蒙皮的撕裂,吸湿后的加筋板仍存在后屈曲过程,但其屈曲载荷下降了8.4%,破坏载荷下降了19.2%。     

整体加筋壁板剪切试验件改进设计与试验验证

对整体加筋板试验件的结构形式和剪切试验的提前失效进行了阐述,通过有限元模拟分析其失效原因,进而对结构设计改进。基于有限元分析,试验验证结果表明,改进后的试验件发生剪切失稳后继续承载,直至破坏,失效模式正确;改进后的试验件破坏载荷是前期试验件的2.78倍,明显提高了结构的承载能力,说明剪切试验件角区细节设计至关重要。研究成果为整体加筋壁板剪切试验提供了设计思路和试验支持。     

轴压下复合材料加筋板的损伤抑制带设计

采用ABAQUS有限元软件建立复合材料加筋板模型,分析了轴压载荷下损伤抑制带对损伤扩展的抑制效果以及对承载能力的影响。分析损伤抑制带数量和其沿蒙皮的分布等设计变量对结构剩余强度的影响,并提出损伤抑制带的设计规律。     

铝合金搅拌摩擦焊接加筋板剪切稳定性能研究

对2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接加筋壁板的剪切稳定性能进行试验研究,得到该结构的剪切失稳形式及屈曲载荷、承载能力及破坏形式。应用有限元法对该焊接加筋壁板结构进行简化建模,对该结构的稳定性和承载能力进行计算,将计算结果与试验结果进行比较。试验及有限元计算结果表明,结构的剪切失稳形式表现为筋条间平板的局部屈曲;屈曲后结构进入张力场受力状态,破坏形式主要表现为平板的塑性变形和边缘撕裂、筋条的弯扭变形以及焊接区的局部脱焊;出现脱焊现象的试验件其承载能力较未出现脱焊现象的试验件下降7.7%;线性和非线性屈曲计算所得屈曲载荷分别比试验平均值高出18.4%和26.2%,而非线性计算所得承载能力比试验平均值高出5.7%,焊接引起的初始缺陷对结构承载能力的影响小于对屈曲载荷的影响;有限元分析得到的结构屈曲形式和失效形式与试验现象吻合,验证了有限元模型的合理性,但其仍需要进一步改进以考虑初始缺陷来减小计算误差。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料加筋板的压缩屈曲特性

分别应用工程算法和有限元软件ANSYS对碳纤维增强环氧树脂复合材料加筋板的压缩稳定性进行了分析,得到了加筋板的临界失稳屈曲载荷和屈曲模态;同时对复合材料加筋板进行了压缩稳定性试验,并与计算结果进行了对比验证。结果表明:碳纤维增强环氧树脂复合材料加筋板具有后屈曲承载能力,其压缩破坏形式主要为筋条的脱胶、断裂和蒙皮的撕裂;工程算法结果、有限元计算结果与试验得到的临界屈曲载荷误差分别为13.8%和-15.5%,结果较吻合,证明了工程算法的正确性和有限元模拟方法的合理性。     

弹性复合圆柱滚子轴承承载性能的理论研究

根据组合创新原理,通过对圆柱滚子轴承结构的创新研究,提出了一种在空心圆柱滚动体中嵌入PTFE材料的弹性复合圆柱滚子轴承新结构的设计方法。选择轻载和重载两种工况,在利用有限元软件计算确定三种滚动体的最优结构尺寸的前提下,分析对比了三种圆柱滚子轴承的接触应力、等效应力以及弯曲应力。结果表明:在轻载和重载情况下,弹性复合圆柱滚子轴承和空心圆柱滚子轴承的接触应力和等效应力基本接近,但弯曲应力明显降低,其中轻载工况下降低了17.1%,重载工况下降低了27.7%。说明了弹性复合滚子轴承的承载能力要优于实心圆柱滚子轴承和空心圆柱滚子轴承。     

减速器的主要参数对其承载能力的影响分析

针对硬齿面通用圆柱齿轮减速器中出现齿轮承载能力不足而采取的措施又往往不能奏效的问题,根据有关文献,结合对有关公式的分析、推导,以及某齿轮强度计算软件的计算结果,全面总结了减速器各主要参数对其齿轮承载能力的影响情况,为从设计上提高减速器齿轮承载能力指明了方向.     

多相材料格栅加筋板性能的参数化分析

采用参数化建模和有限元方法,以三种典型格栅加筋板为对象,分析了给定质量下,蒙皮与加筋分别采用不同材料、不同几何参数对结构刚度性能的影响规律。研究表明:蒙皮厚度变化会影响与之最佳匹配的加筋构型;增大加筋高度能有效提高结构刚度性能,但过大的加筋高度对结构性能的改进有限;采用比刚度大的材料可以显著增强结构性能,加筋高度一定时,蒙皮选用比刚度大密度小的材料有利于提升结构性能,而加筋厚度一定时,加筋选用比刚度大密度小的材料将降低蒙皮材料的选用对结构性能的影响。