机械连接结构中含圆孔复合材料板的应力计算及仿真分析

本文针对连接结构中含圆孔的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论建立计算模型。文中的应力场是借助于仿射变换的方法,通过复变应力函数得到的。按照所建立的数学模型对含有圆形孔的复合材料板进行应力分析。不同荷载作用对孔边应力集中系数的影响进行探讨,并就两个主方向的杨氏模量的变化对孔边应力的影响进行仿真分析。     

复合材料开口有限元建模方法研究

复合材料开口会引起应力集中,导致孔边应力梯度较大。在开展数值分析时,有限元网格尺寸对孔边应力计算精度影响较大。为获得高精确性的数值结果,提高计算效率,本文通过开展复合材料开口层压板在单轴和双轴两种载荷状态下孔边应力应变分析,研究在不同载荷状态、开口尺寸及铺层比例下,有限元网格尺寸与数值计算精度的关系,为复合材料开口层合板的有限元建模提供方法依据。     

复合材料板孔边应力场的有限元分析

根据复变函数理论引入保角变换,得到描述所研究孔形的参数方程。由此建立精确的边界条件。并在ANSYS中选择相适应的单元建立有限元计算模型,对含圆孔的复合材料板进行分析,得到了孔边应力场的数值解,给出孔边应力分布和板的变形。计算结果表明,板的变形是沿力的方向均匀伸长,且孔口形状在外力作用下由圆变成了类似椭圆的形状。在板的应力结果中,x方向应力集中现象明显,最大拉应力出现在0°和180°的地方,最大压应力出现在90°和270°的地方;y方向应力分布中,孔边有比较明显的应力集中现象,在受载过程中存在危险点;在xy方向应力分布中,孔边偏离轴心处应力集中现象比较明显。为了检验有限元计算结果的正确性,本文用解析方法对上述问题进行比较。     

含复杂孔形复合材料板孔边应力场的数值分析

孔的存在对于结构强度有相当大的影响。对于复杂孔形孔边边界条件的描述在数学上有一定的难度。边界条件建立的不够准确会给后续的计算带来很大误差。本文通过复变函数理论建立复杂孔形精确的边界条件,提高有限元建模的精度。对含机翼检修孔的正交各向异性板在外荷载作用下进行计算,得到孔边应力场的数值解。给出孔边应力分布和板的变形。     

中心带圆孔的正交异性FRP板孔边应力应变分析

本文首先针对正交异性FRP板,在二维弹性问题的有限元分析中,建立了三角形板元素刚度矩阵。之后,就中心带圆孔的正交异性FRP板,在单向拉伸载荷与材料主轴方向成不同角度情况下,进行了实际的孔边应力应变有限元分析与应变测量。对于孔边的应力集中系数,由有限元分析计算结果与无限正交异性平板解析解的比较,可知,无限平板的结果在一定程度上可用于有限宽板中。     

复合材料层合板孔边应力场的有限元计算

纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚度和比模量,在航空航天领域得到越来越广泛的应用.层合板是当前复合材料在工程结构中应用的主要形式.对于含孔的层合板结构,由于材料的各向异性以及孔的影响,其应力分布比较复杂,采用数值解是较好的选择.本文基于层合板的可设计性特点,综合考虑铺层角度、铺层顺序等对层合结构的影响,设计出了一种二十四层对称层合板.以有限元方法为基础,借助ANSYS分析工具,对该层合板含孔结构的孔边应力重点分析,得出了不同铺层角度铺层中应力分布的云图和孔边应力分布曲线.本文结论对复合材料层合板优化设计和带孔层合结构的应力计算具有较好的参考价值.     

连续大开口复合材料层合板拉伸力学行为研究

复合材料层合板作为飞机主承力构件使用时,常需在其上设置大开口以满足设备安装、检查维修等要求,但开口切断了纤维,导致结构局部应力和变形不连续,进而引发的应力集中使其力学行为复杂。针对机体主承力结构中含两个椭圆形大开口的复合材料层合板,采用试验与数值模拟相结合的方法,对其在拉伸载荷作用下的变形、传载以及应力集中现象进行了分析,并预测了结构损伤失效模式及破坏载荷。结果表明:复合材料层合板大开口附近应力分布复杂,应力集中导致开口周边区域易出现损伤,且损伤形式多样;尽管决定层合板极限强度的是纤维拉伸损伤失效,但泊松效应引起开口区过早出现的纤维挤压损伤不容忽视。     

基于数值计算方法的换热器管板等效方法研究

换热器管板等效方法影响到管板受力变形计算的准确性。以管壳式换热器为例,分别建立了开孔管板结构、共用节点的实心管板结构和主从节点绑定的实心管板结构有限元模型。采用数值计算方法,对管板的应力和变形进行了分析。有限元计算结果表明:采用主从节点绑定的实心管板结构与开孔管板结构变形最大相对误差为8.4%、孔边应力相对误差超过60%,说明主从节点绑定的实心管板结构仅可准确描述管板的变形。通过对比分析主从节点绑定的实心管板结构与开孔管板结构开孔区域应力分布,得到开孔边缘的应力集中系数为约3,开孔中部的应力集中系数约为2。     

脆性材料哑铃形拉伸试样的应力分布及断裂位置研究

应用大型有限元分析软件ANSYS模拟分析了哑铃形拉伸试样在拉伸过程中的应力分布及应力集中的位置和应力集中系数,分析结果显示过渡圆弧处出现应力集中,应力集中系数达到了1.123。分别采用聚苯乙烯（PS）的压制和注射成型的两种哑铃形试样,研究了试样的拉伸断裂过程及断裂位置,并验证了模拟分析结果正确性。结果表明压制哑铃形试样是均质各向同性,其断裂发生在应力集中系数最大的圆弧过渡位置;对于各向异性的注塑哑铃形试样,断裂发生在表层和剪切层较薄的浇口远端平直段,应力集中对其影响较弱。     

基于数字图像相关方法的拉应力作用下圆孔受力分析

采用超高速数字图像相关实验系统和电子万能试验机加载设备,进行了含有圆孔试件的单轴拉伸试验,对圆孔孔边的应力分布情况以及应力集中系数进行了研究,同时利用ABAQUS进行了相同实验条件下的数值模拟。实验结果表明:试件模型受载后圆孔孔边发生了明显的应力集中现象,并通过设置测试点,详细地描述了孔边的应力集中现象,同时给出了拟合曲线与公式。ABAQUS有限元软件模拟计算的孔边最大应力集中系数K=2.99,与理论值K=3相比具有很高的吻合度。数字图像相关方法实验数据拟合公式得出的K=2.69,与理论值K=3存在一定的误差,但具有较高的参考性。     

椭圆形管孔管板应力强度的有限元分析

为比较管板在不同形式管孔下的应力强度,分别在UG中建立了八分之一模型,即圆形开孔和椭圆形开孔的管板结构。在ANSYS中进行温度场和应力场的的分析。对计算结果进行分析,结果表明在本文计算工况下,圆形开孔的管板应力值与椭圆形开孔的管板应力值相比,其值很大且分布很不均匀,在管板中心布管区域的应力比较大,出现应力集中。而椭圆形开孔的管板,应力值普遍较低,应力的分布比较均匀。目前,所有的标准均是针对圆管的,这样的结果为工程实际应用提供了依据。     

新型复合式内部能量集成的精馏塔的机械设计与水力学模拟

基于HIDiC的理论和Aspen 模拟的结果,建立了新型内部能量集成的精馏塔的塔节结构,对筛孔式结构的复合HIDiC塔节做了CFD模拟,探索了不同参数下的水力学性能,优化了新型复合塔节的结构。结果表明：对于筛孔式复合塔节,减小塔板孔径,降低出口堰高有利于提高传质和传热效果。利用SolidWorks软件针对温度与压力下的双重效应做了静应力分析,通过HIDiC理论,模型构建,水力学模拟相互验证,将HIDiC逐板换热的理论与实际模型完美结合。     

基于Mori⁃Tanaka方法的短纤维复合材料开孔板分析

基于Mori?Tanaka均匀化方法,对短纤维复合材料开孔板力学性能进行研究。首先,使用Mori?Tanaka方法预测单向和二维2种分布形式的短纤维复合材料应力?应变曲线曲线。其次,通过试验方法分析不同区域纤维取向对开孔板力学性能的影响。最后,使用多尺度方法研究不同注塑位置和不同开孔方式对开孔板力学性能的影响,该部分在宏观有限元分析中耦合了注塑模拟的纤维方向分布以及Mori?Tanaka均匀化方法得到的复合材料参数。结果表明,短边注塑开孔板综合力学性能更好;孔周围纤维分布是影响应力集中的主要因素;整体的纤维取向分布影响开孔板的刚度;单向纤维材料的角度对材料性能的影响不是单调的。     

Deformation of free holes of arbitrary shape in a viscoelastic plate

Two independent methods for predicting the deformation of free openings of arbitrary shape in a viscoelastic plate are illustrated. The first method is experimental and is based on the interference of two systems of lines representing the initial and final positions of the material. To demonstrate the moire method, the creep compliance function for polymethylmethacrylate is determined as preliminary information. This function is used as input data in the ensuing theoretical analysis to insure realistic viscoelastic behavior. The second method involves techniques to approximate viscoelastic displacements from known elasticity solutions and known material properties. The methods are applied to two examples: (1) The square hole—to determine the motion of an opening of complicated shape; and (2) an ellipse loaded at 45°—to indicate qualitative agreement with an existing prediction of the motion of cracks in a viscous plate.     

Fatigue life prediction method for central hole of needled ceramic matrix composite

Based on the consideration of matrix porosity and representative volume element of needled structure, the macroscopic elastic constants of needled C/SiC ceramic matrix composite and the stress concentration factor of the hole-edge were calculated by the finite element method first. Then, based on the fatigue test data of the smooth and central hole specimens, the fatigue notch factors corresponding to different stress levels were obtained. In view of the different characteristics of the fatigue notch factor obtained under different limit lives, the relationship between the fatigue notch and stress concentration factors was established, and the influence of nominal stress on the fatigue notch factor was also considered. Based on this, a fatigue life prediction method for central hole of needled C/SiC composite was proposed. The proposed method can predict the fatigue life of central hole by using the S–N curve of smooth specimen and the stress concentration factor of central hole specimen. The comparison between predicted and experimental lives showed that the proposed method can better predict the fatigue life of central hole specimen for needled C/SiC composite.     

基于应力和变形值最小的复合材料含孔板孔形参数有限元优化

本文基于对复合材料孔板主承力接触区的有限元强度分析结果,利用APDL参数化有限元分析技术,以孔板第一主应力S1和X方向上的变形UX的最大值作为目标函数,对孔形参数进行优化。设计出基于应力和变形最小的开口形状,并得出了孔形参数与应力、变形之间的相互关系。     

Creep analysis of polymer structures

One of the important aspects in designing polymer structures and predicting their lifetime is the computation of time-dependent deformation. A tensile creep law for constant uniaxial stress was developed using talc-filled polypropylene as an example. A simplified finite-element creep analysis technique for polymer structures was developed with only one time step, an isochronous stress-stress formulation, and a deformation plasticity-type analysis, With an elastic analysis and this one-step nonlinear analysis for a given time and temperature, the displacement of a critical location in the polymer structure can be calculated for any time and temperature without further finite-element analysis. Comparisons of calculations with this one-step analysis and with the standard time-stepping analysis and experimental results for a beam in bending and a plate with a hole demonstrate the usefulness of this approach.     

换热器管子-管板液压胀接的有限元模拟

采用ANSYS/CAE软件 ,对锅炉、换热器管子 管板的液压胀接过程进行了模拟。管子与管板孔之间采用面 面接触元以模拟相互之间的间隙及管子产生塑性变形并贴紧管板孔后对管板的作用。通过本文的模拟分析 ,可获得胀接时接头处的弹 塑性应力状态及卸除胀接压力后管子与管板之间的残余接触压力。值得注意的是此接触压力沿管板厚度方向分布是不均匀的 ;在管孔槽处会出现较高的数值 ;在管板内侧处 ,管子的过渡区会出现较大的残余拉应力     

聚乙烯装置产品出料罐应力分析及疲劳评定

运用;ANSYS;有限单元法来对聚乙烯装置最重要设备之一产品储料罐进行应力分析和疲劳评定,根据结构的基本设计参数将结构分成两部分,施加不同的边界条件分别进行应力分析,对两个结构选择不同路径进行应力评定,并找到应力值最大点,对此处做疲劳计算,结果均满足国家标准JB-4732-1995的强度要求.