复合材料火箭定向管铺层角度优化

运用ABAQUS的二次开发语言对复合材料定向管进行参数化建模,通过火箭弹发射过程的瞬态动力学分析对复合材料定向管的铺层角度进行优化设计,以提高其结构强度。设计过程中利用优化软件iSIGHT集成有限元分析软件ABAQUS,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化算法,进行瞬态动力学的优化。经过优化设计,得到了合理的铺层角度,使复合材料定向管的强度性能有了显著提高。     

火箭炮定向管复合材料有限元分析

基于复合材料单元运用有限元方法，构建了火箭炮定向管复合材料的有限元分析模型，全面分析了火箭炮定向管复合材料的结构特征，研究了定向管的火箭效应，分析了它的应力分布、刚度及强度，为复合材料在火箭炮定向管中的应用提供了理论基础．     

复合材料定向管热弹动力响应特性研究

为研究复合材料定向管热弹性问题,采用求解轴对称流动Euler方程组的正格式方法对管内火箭燃气射流场进行数值模拟,得到了管内流场热力载荷。运用非线性有限元方法,建立了复合材料定向管非线性热弹性有限元模型,将定向管模态计算结果与模态试验结果作比较,验证了有限元模型的有效性,计算了复合材料定向管分别在火箭燃气动压载荷、非定常温度场和耦合状态下的动力学响应。结果表明:由非定常温度场热冲击引起的定向管内壁面热应力响应呈现脉冲形状,轴向应力对复合材料定向管定位部间管段的应力响应影响较径向应力和周向应力明显,热冲击引起的热应力在复合材料定向管的热弹性应力响应中占主导作用。     

复合材料波纹板在剪切载荷下的屈曲特性分析与可靠性优化

飞机机翼的墙腹板广泛采用复合材料波纹板结构,该结构在剪切载荷作用下的屈曲可靠性是其设计中必须考虑的因素。基于波纹板等效拉伸和弯曲刚度模型,采用Ritz法和最小势能原理,推导了复合材料波纹板临界剪切屈曲载荷的计算方法;充分考虑复合材料属性及外载荷中存在的不确定性,采用区间向量实现不确定参数的定量化;借助参数顶点法确定屈曲载荷因子的上下界,提出了剪切载荷作用下屈曲可靠性的区间分析方法;利用区间可能度指标刻画剪切屈曲可靠度,建立了含不确定参数的复合材料波纹板区间可靠性优化模型。数值算例表明,该方法与有限元方法(FEM)相吻合,优化结果验证了所建立的区间可靠性优化模型及算法的有效性。     

航空发动机复合材料主轴优化方案设计方法

提出了航空发动机复合材料主轴优化设计方法,建立了以质量最轻为目标函数,以强度、临界转速和外径尺寸为约束,以轴芯厚度、复合材料层数、各层厚度和各层铺设角度为优化设计变量的优化数学模型。基于ANSYS软件,建立了发动机复合材料主轴优化方案设计平台,着重解决了可同时进行离散和连续设计变量优化的问题。以低压涡轮主轴为例,进行了金属基复合材料主轴优化设计,设计的复合材料主轴质量比同负荷金属轴减少36.16%。     

复合材料在身管火炮中的使用研究

复合材料在各种武器装备中得到了越来越广泛的应用，其中之一就是在身管火炮炮身方面的应用。根据复合材料圆筒结构静态刚强度和动态特性分析的理论模型，综合考虑其刚强度和动态特性的要求，通过改变复合材料圆筒中材料的缠绕角、缠绕顺序和采用T300和S2复合材料混杂等形式来研究复合材料圆筒中材料的有效使用，得出了基于厚度和角度优化的方式较为有效的结论。     

复合材料发射箱定向器结构设计

目的 针对复合材料发射箱定向器的结构进行优化设计。方法 通过材料力学理论,计算并结合有限元仿真分析,对定向器进行结构优化设计。结果 定向器的最大变形满足指标要求,最大应力低于材料屈服强度。结论 该设计方法便捷可靠,为今后类似产品设计提供了思路参考。     

基于瞬态动力学的复合材料密封盖可靠性分析

为探讨复合材料定向断裂密封盖的可靠性,建立了密封盖材料的等效强度模型、失效准则及三维有限元计算模型.分析了在引信反向冲击下密封盖断裂破坏过程中引信冲击应力、密封层应变能随密封层厚度变化的规律,在火箭弹燃气射流正向冲击下密封盖自锁可靠性随支撑层厚度变化规律.结果表明：拓扑自锁密封盖要满足定向断裂要求,保证引信体的安全性和可靠性,其密封层厚度越小越好;在燃气射流的冲击下,随着支撑层厚度的减小,会显著增大密封盖支撑层子结构间最大接触应力,降低拓扑自锁的可靠性.     

基于可靠性的复合材料结构稳定性约束优化设计

基于结构的可靠性, 研究了复合材料结构的稳定性约束优化设计方法。考虑材料及载荷的不确定性, 通过结构可靠性分析的响应面法和有限元法的结合, 对复合材料结构稳定性进行可靠性分析; 利用优化软件iSIGHT集成可靠性分析程序, 实现了以铺层层数及铺层角度为设计变量的复合材料结构稳定性约束问题的可靠性优化方法。对层合板及层合圆柱进行算例分析, 验证了本文中可靠性优化方法的有效性, 为工程实际中的复合材料结构稳定性约束优化设计问题提供借鉴。      

定向钢纤维水泥基复合材料断裂理论分析及试验

基于非线性铰模型研究了定向钢纤维水泥基复合材料的裂缝断裂全过程理论分析方法,结合不同尺寸试件的三点弯曲梁断裂试验对本文方法进行了验证。进而利用该方法预测了大尺寸三点弯曲梁试件的裂缝断裂全过程,并研究了试件尺寸对名义强度的影响。通过理论分析与试验结果对比,表明本文方法可较好地预测定向钢纤维水泥基复合材料的裂缝断裂全过程;此外,定向钢纤维水泥基复合材料的名义强度存在一定的尺寸效应,但尺寸效应表现不明显。     

内置高温热管C/C复合材料热防护结构热力耦合机制

采用内置高温热管的热防护结构是一种新型高效的热防护方式。建立了内置高温热管的C/C 复合材料热防护结构模型, 并通过罚函数的方法引入C/C 复合材料与高温热管间装配关系, 推导了一种顺序耦合的热力耦合有限元格式, 在此基础上对热防护结构进行了热力耦合计算分析, 最后对影响结构温度场与应力场的若干参数进行了参数影响分析。计算结果表明, 在典型飞行状态下, 采用内置高温热管的C/C 复合材料热防护结构能确保结构驻点温度在材料许用温度范围内; 同时, 采用预留装配间隙的方法可有效降低结构界面的接触应力。该方法也可进一步用于研究由接触热阻引起的热力耦合问题。      

管道修复用涤纶-苎麻复合机织物性能试验

针对传统管道内衬修复材料施工中易出现内壁塌陷等问题,结合目前快速发展的绿色纤维复合材料,提出在涤纶机织物内衬材料中加入苎麻纱线,制作涤纶-苎麻复合机织物材料来提高树脂对管道修复用内衬机织物的浸透性能,增强内衬材料和管壁的粘结性能。以纤维外观、抽拔实验后纤维断面形貌的电镜观察,并通过树脂与织物接触角的测试、粘结实验,综合分析了涤-麻复合机织物的树脂浸透性,同时对涤纶-苎麻复合机织物力学性能进行测试来保障内衬复合材料满足强度的要求。实验结果表明,采用上述涤-麻复合织造的方法,可以显著提高树脂的浸透性能,有利于携带更多的树脂粘结剂提高树脂与管壁的粘结性,减少塌陷发生的可能性。同时加入麻复合的机织物,拉伸顶破性能都满足高压燃气管道的修复要求。     

超薄金属内衬复合材料压力容器的结构分析

采用有限元方法对超薄金属内衬复合材料压力容器结构进行分析。在分析中, 几何模型中的封头段考虑了复合材料铺放角度和厚度沿平行圆半径变化, 材料模型中的复合材料层和内衬层分别选用复合材料层合板理论和弹塑性理论进行分析, 二者之间的界面变形协调性及不可贯入性引入接触分析进行考虑。数值结果表明:在工作压力下, 容器复合材料层纵向应变均为拉应变, 环向存在部分压应变, 内衬层发生塑性变形; 卸载后, 容器的复合材料层处在拉应力状态, 内衬层处在压应力状态。在此基础上, 利用容器的简化模型, 根据内衬层最大变形点荷载位移曲线实现了容器内衬层局部屈曲模拟。容器水压应变测试和内衬局部屈曲观测结果与数值模拟结果吻合较好, 验证了本文中分析的可靠性。      

Design of a composite structure to achieve a specified reliability level

Safety factors are widely used in structural design. For composite material structures, however, the lack of experimental feed-back does not allow the use of safety factors optimized from cost and reliability point of view. Reliability methods are one way to achieve the calibration of partial safety factors using a more rational method than judgement alone. First we present the calibration process. The reliability methods FORM, SORM, simulation, are initially applied to a laminate plate under uniform pressure. In this example, we compare three design criteria; the different reliability methods agree with the reference method for all criteria used. We chose the Tsai-Hill criteria and the FORM method to calculate safety factors. Then, a calibration process is undertaken on a composite pipe and this serves to illustrate the different steps in the calculation. Finally, we present a calibration of a general plate structure. The partial safety factors and their sensitivities to the different parameters of the stochastic variables are given according to load type.     

缠绕线型对缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效的影响

采用细观刚度模型的有限元分析（FEA）与改进的逐渐累积损伤方法相结合,建立了缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效的分析方法与流程,以揭示缠绕线型对缠绕复合材料损伤失效的影响。对沿圆周方向分布有1个、3个和5个单胞的3种不同线型的缠绕复合材料圆管试件进行轴向拉伸破坏实验,获得其失效形式、平均拉伸强度及其随缠绕线型的变化规律。研究表明：缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效主要以丧失承载能力的功能失效为主,缠绕线型对其拉伸强度有一定的影响;数值分析结果表明,轴向拉伸过程中,主要损伤为基体开裂与基纤剪切,纤维交叉容易引起损伤起始与扩展。     

管道修复用管状纺织复合材料强度的设计原理

管状纺织复合材料以翻衬的方法衬于管道 , 以“管中管”的形式修复管道 , 受到翻转压力和输送介质压力的作用 , 其强度直接影响修复效果。本文中采用材料力学和工程流体力学相关理论 , 对管状纺织复合材料翻衬时和衬于管道后的受力情况 , 建立了较为系统且完整的计算公式 , 并以修复燃气管道为例 , 对管状纺织复合材料经向和纬向的强度进行了设计。结果表明 : 管道内压引起的管状纺织复合材料的纬向应力是经向应力的 2 倍 ;而翻转压力引起的经向应力 , 还与翻转速度和温度有关。      

测试装置重量对身管直线度测量精度影响分析

随着复合材料的广泛应用,复合材料身管直线度测量成为亟待解决的工艺难题,传统用于钢管直线度测量的装置将会引起较大的复合材料身管直线度测量误差,为此,应用ABAQUS有限元分析软件对处于不同载荷、不同支撑条件下的复合材料身管变形进行分析,建立复合材料身管三维有限元模型,分析得到不等重的测试装置在身管不同支撑条件下引起的复合材料身管变形量大小,设计相应试验验证有限元分析结果的正确性。结果表明测试装置自重及身管不同支撑条件对复合材料身管直线度测量精度产生重要影响,因此可以通过改变身管的支撑条件来降低测试装置自重的影响。采用数据拟合得到身管变形量和测试装置重量之间的关系,为复合材料身管直线度检测系统设计提供理论依据。