复合材料梁腹板在弯剪复合载荷作用下的屈曲和后屈曲研究

针对复合材料腹板悬臂梁在弯剪复合载荷作用下的稳定性和破坏强度开展研究。通过试验获得腹板的屈曲载荷与结构破坏载荷,改进了基于试验数据确定屈曲载荷的方法。采用商用有限元软件Abaqus对试验进行数值模拟,研究复合材料梁腹板的屈曲和后屈曲特征,并通过USDFLD子程序实现对复合材料失效过程的模拟。研究表明,复合材料腹板具有典型的屈曲特征和较强的后屈曲承载能力,对其屈曲载荷、后屈曲历程和结构破坏载荷的模拟结果与试验实测结果吻合良好,对复合材料梁腹板损伤模式的模拟结果与结构实际破坏形貌相一致。     

复合材料壁板后屈曲分析失效准则的适用性研究

为了筛选用于复合材料加筋壁板后屈曲分析的失效准则,设计了具有较长后屈曲历程的L型加筋条试验件,并对其进行压损破坏试验,同时建立了考虑渐进损伤的有限元模型,计算得到了载荷-应变曲线,屈曲载荷和破坏载荷。计算结果和试验数据吻合良好,预测的失效模式也与试验结果一致,验证了建模方法的有效性。并在有限元分析中分别采用了五种不同的失效准则进行计算,得到了各失效准则对应的破坏载荷和失效模式,表明通过L型加筋条试验和分析结合,可以对各个失效准则的有效性进行验证,避免失效准则选取的随意性,从而为复合材料加筋壁板后屈曲设计分析提供指导。     

复合材料加筋板在剪切载荷下的屈曲特性研究

通过对复合材料薄壁加筋板结构进行剪切载荷下的屈曲试验研究,得到结构的屈曲模态、屈曲失稳载荷以及破坏形式,并通过有限元方法对结构的屈曲进行数值分析,分析得到的复合材料薄壁加筋板结构的屈曲模态和试验结果一致,屈曲载荷与试验结果吻合较好.试验还发现复合材料薄壁加筋板结构有较高的后屈曲承载能力,后屈曲过程中由于桁条脱胶会造成屈曲模态的变化.还分析了筋条的连续性对屈曲载荷的影响.     

基于ASME Ⅷ-2的外压波纹管分析计算

强度、疲劳与稳定性是波纹管的主要力学性能指标,在波纹管设计过程中必须全面考虑。建立外压和轴向拉伸位移作用下的波纹管有限元模型,采用ASMEⅧ-2中极限载荷分析、屈曲分析以及弹塑性疲劳分析方法进行计算。结果表明,极限载荷分析可以较为准确地确定波纹管的极限载荷,且对波纹管设计参数和结构尺寸没有限制;屈曲分析可以确定波纹管失稳上限载荷;弹塑性疲劳分析可以预测波纹管的失效位置和疲劳寿命。本文的计算研究对波纹管设计具有一定的参考价值。     

激光扫描法建模在开孔圆柱壳轴压屈曲中的应用

采用激光位移传感器对开孔圆柱壳的三维形貌进行测量,基于实测数据建立有限元模型,利用ABAQUS对不同开孔率的圆柱壳进行非线性有限元分析,模拟结果显示:载荷位移曲线先线性增大,后出现突变,轴向压力迅速减小,轴压屈曲临界载荷随着开孔率增大而减小。对开孔率为5%,10%,15%的圆柱壳进行轴压屈曲试验,试验采用液压装置进行轴压,轴压数据通过称重传感器获得。对轴压屈曲临界载荷模拟值与试验值进行比较,最小的相对误差只有10.8%。说明运用激光扫描法建模进行非线性有限元分析,可以较好地预测开孔圆柱壳轴压屈曲临界载荷。     

湿热环境下复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲行为的有限元模拟

制备了CCF300碳纤维/BA9916-II环氧树脂复合材料加筋壁板，研究了该加筋壁板在干态和湿热状态下的压缩行为；建立加筋壁板有限元模型，使用经验公式对湿热环境下的材料参数进行修正，通过模拟分析了不同状态加筋壁板的压缩屈曲与后屈曲行为，并进行了试验验证。结果表明：加筋壁板在干态与吸湿状态下均有较强的后屈曲承载能力；湿热环境会对加筋壁板稳定性与承载能力造成较大负面影响，随吸湿时间延长，其屈曲及破坏载荷均呈先快后慢的下降趋势；模拟得到干态加筋壁板的屈曲载荷和破坏载荷与试验结果的相对误差分别为3.1%和5.2%,吸湿饱和态下的相对误差分别为5.6%和6.9%,误差较小，证明了所采用模拟方法的准确性和所建立有限元模型的合理性。     

铝合金三明治板面外承载特性的有限元模拟和试验研究

通过有限元模拟方法研究了点/面载荷作用下不同长宽比和宽厚比铝合金三明治板的面外屈曲特性，并进行试验验证；通过试验研究了不同尺寸参数铝合金三明治板的面外承载特性。结果表明：模拟得到点/面载荷下三明治板的载荷-位移曲线与试验结果基本吻合，平均相对误差小于5%,证明了有限元模拟的可靠性；三明治板在点载荷下发生整体刺穿破坏，在面载荷下发生芯板压缩破坏。在点载荷下，当宽厚比为13.6时，随着长宽比由0.7增大到1.9,三明治板的破坏载荷先升高后趋于平稳，而当宽厚比为21.4时，随着长宽比由0.4增加到1.2,破坏载荷基本不变，宽厚比21.4的破坏载荷大于宽厚比13.6。在面载荷作用下，随着长宽比增大，屈服载荷降低，宽厚比13.6的屈服载荷大于宽厚比21.4。以3 mm为面外屈曲变形临界值时，点/面载荷作用下三明治板的临界屈曲比均为0.093。     

复合材料加筋板剪切屈曲特性研究

分别应用半经验工程算法和有限元软件MSC.Patran/Nastran对复合材料加筋板进行剪切稳定性计算,得到结构的失稳临界载荷;开展复合材料加筋板剪切稳定性试验,得到结构的屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷。实验结果表明,复合材料加筋板的破坏形式主要表现为筋条的脱胶和蒙皮的破损,该型结构具有一定的后屈曲承载能力。研究表明,工程算法、有限元计算结果与试验所得局部屈曲载荷较吻合,说明工程算法和有限元模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析,从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考。     

飞机复合材料长桁面外拉伸失效分析

考虑几何、材料以及接触非线性因素,引入Hoffman材料失效准则,采用Newton-Raphson增量迭代方法建立复合材料长桁面外拉伸失效有限元仿真方法。设计验证性试验,测试三种不同长桁构型面外拉伸失效载荷和破坏模式,绘制载荷-位移曲线,证明有限元分析方法准确、有效。分析有限元和试验测试结果,研究复合材料长桁面外拉伸失效影响因素,给出飞机强度设计指导。     

基于弧长法的卡车底盘屈曲载荷分析

载荷临界点失效是导致卡车底盘疲劳失效的重要因素。采用弧长法对卡车底盘的关键屈曲载荷进行分析,并在卡车底盘的应力临界点用两种不锈钢代替常规钢进行测试研究。采用有限元软件ABAQUS对可能引起疲劳破坏的应力临界点进行分析。屈曲线性分析得到的结果表明:改变底盘材料并没有使临界载荷的数值产生较大变化。屈曲后的结果表明:较小的不完善的值导致临界屈曲载荷显著减少。临界屈曲载荷的减少在底盘中带来压力点,实验结果表明:当底盘材料为常规钢时,压力点的位移和应力的大小是至关重要的。压力点的位移和应力的大小可能会导致底盘的疲劳失效,并降低底盘的寿命。     

大展弦比机翼屈曲及后屈曲分析

针对某大展弦比复合材料无人机机翼结构,利用有限元素法进行机翼结构的屈曲及后屈曲分析.首先采用MSC.Patran/Nastran软件进行结构屈曲分析,目的是确定机翼结构易发生屈曲的区域;然后对不同区域进行分析,确定需要进行后屈曲分析的细节模型.对细节模型进行后屈曲分析时采用MSC.Patran/Marc软件,分析方法采用弧长法.通过机翼结构的后屈曲分析,可以分析出结构的失稳路径.结果表明,该机翼存在屈曲失稳问题.该机翼的地面静力试验结果验证分析结果的可信性.     

提高铝合金板料成形极限的新型可控压边力技术

提出了一种可随位置和行程同步优化压边力的新型控制策略，并将其用于不等深铝合金阶梯盒零件的冲压，在零件成形过程中按照优化策略在不同压边圈位置随冲压行程施加最优压边力，使其冲压深度从恒定压边力下的45mm提高到60mm。在多点变压边力压机上的实验验证了这种优化策略的有效性，从而提高了可控压边力技术的鲁棒性和实用性。     

基于MSC．NASTRAN的复合材料机翼有限元分析

通过有限元分析软件MSC．NATRAN,建立了复合材料机翼的有限元模型。针对所设计的飞机机翼在气动载荷作用下进行了强度分析,给出了主要构件的应力、应变结果,证明了这种复合材料设计是合理可行的,为复合材料在飞机上的应用提供了参考。     

万向十字轴轴根过渡结构的优化设计和分析

提出变曲率过渡曲线理论,单纯从形状上寻求应力集中系数小的万向十字轴轴根过渡曲线。将双曲率圆弧曲线、椭圆曲线和流线形曲线作为万向十字轴轴根过渡曲线来降低应力集中从而提高万向十字轴的使用寿命;建立了三种过渡曲线的曲线方程,给出双曲率圆弧过渡曲线、椭圆弧过渡曲线及流线形曲线的设计实例,并进行了有限元分析。结果表明提出的三种曲线可以有效降低万向十字轴轴根的应力集中。     

基于布拉格光纤光栅的碳纤维壁板损伤监测研究

针对大型的碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,提出使用光纤布拉格光栅测量结构应变场分布,通过神经网络判别结构损伤的方法,对典型的飞机碳纤维复合材料盒段壁板结构进行健康监测研究。研究了损伤对机翼盒段壁板结构应变场的影响,研究结果表明,光纤布拉格光栅作为传感器可以较好地应用于航空材料的结构健康监测中,采用神经网络的判别方法可以较准确地判别出结构损伤的位置和程度。     

极端工况下薄壁箱体力学性能分析及结构优化

薄壁箱体在复杂大冲击和振动等极端工况下容易出现扭转和弯曲无规则变形,对内部元器件工作性能造成影响,箱体的静动态力学性能直接影响其结构强度和刚度。采用有限元方法建立箱体的有限元静动力学模型,应用ABAQUS软件对箱体结构进行动态力学性能分析,实现在设计阶段对箱体动态响应的预测,取代传统的样件试验考核,从而缩短产品研制周期。对箱体进行结构优化设计,使其结构更为合理。     

机翼结构关联设计技术研究

复杂产品设计往往面临因产品设计变更带来的种种问题。为有效地解决该问题,通过分析现有的设计方法．总结出关联设计技术。介绍了关联设计的基本原理,并且描述出对机翼翼盒进行关联设计的基本步骤。关联设计技术是CAD技术发展到一定阶段后对设计思路提出的一种新需求。     

盒形件主要变形区的应力近似理论解析

根据盒形件拉深变形的特点,假设盒形件切应力零线上质点的变形规律同当量的轴对称件相似,得到了盒形件凸缘区和悬空侧壁区应力的近似理论解析。该计算方法的可靠性得到了有限元模拟计算的验证,不仅为研究盒形件变形规律提供了一种有效的理论解析手段,而且为拉深智能化控制中的参数识别模型和预测模型的建立奠定了理论基础。     

基于ANSYS主减速器壳应力及模态分析

主减速器壳在工作过程中常受到多种载荷的共同作用,工况复杂。基于有限元理论,运用ANSYS软件对主减速器壳进行了数值分析,得到了主减速器壳的机械应力分布规律,同时对其进行了模态分析,得到了主减速器壳的固有频率等。分析结果可为主减速器壳设计提供理论依据。     

齿轮系统耦合振动响应的预估

首先用有限元法和误差近似等效方法模拟了齿轮啮合时的三种激励；然后用有限元法建立了包含齿轮副、传动轴、轴承和箱体的齿轮系统完整的动力学模型，反映了传动系统和结构系统的耦合效应；并在工作站上用I-DEAS软件预估了在齿轮动态激励下齿轮箱的动态响应；最后对实际减速器进行了实验研究，得到了齿轮箱表面法向振动速度，并与有限元计算结果进行了比较，吻合良好。为低振动高速重载齿轮系统的设计奠定了良好的基础。