含对称叠层复合材料构件机构非线性动态特性分析

对含对称叠层复合材料构件的弹性连杆机构的动力学问题进行了研究.应用有限元法建立了考虑层合板构件大变形影响的机构非线性动态方程,在机构动态方程的基础上,利用多尺度法对机构的非线性特性进行了研究,得到了机构在同时满足内共振和超谐共振条件下弹性位移的时域和频域响应曲线.研究结果表明,机构的固有频率、非线性振动等宏观动态特性与复合材料的材料参数有关,可以通过合理调节材料参数来改善机构的动态性能.     

不同铺层方式的复合材料层合板弯曲性能的研究

以碳纤维缠绕电动节能车车架为研究对象,采用有限元分析和力学试验对比的方式研究碳纤维铺层角及铺层层数对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。以层合板铺层角度、铺层层数为变量设置试验对比组,在ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块中创建层合板的有限元模型研究层合板在承受弯曲载荷时的抗弯表现。结合弯曲试验结果,分析不同铺层方式对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。结果表明:在铺设一定数量的±45°铺层的基础上,增加0°/90°正交铺层可提高层合板的静承载强度;增加铺层层数,可提高层合板的弯曲强度。     

基于HyperWorks 的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异。文中基于HyperWorks 商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能。研究结果表明,铺层材料对复合材料层合板的层间剪切性能影响较大,而铺层顺序对复合材料层合板的层间剪切性能影响较小。     

正交双稳定复合材料层合板动力学特性研究

根据Hamilton原理结合Rayleigh-Ritz法建立了正交双稳定复合材料层合板的动力学模型,并利用理论模型以及有限元分析研究了正交双稳定复合材料层合板的动力学特性,发现当激励频率较低时正交双稳定复合材料层合板只有两种连续的振动模式,当激励频率增大到一定值时开始出现第三种振动模式。研究结果可以为利用正交双稳定复合材料层合板设计振动能量收集装置提供一定的参考。     

不同铺层转角T700/E44 复合材料拉伸强度有限元分析

碳纤维复合材料的失效行为与复合材料内部的应力状态有关,不同铺层转角的单向碳纤维复合材料层合板的性能具有明显差异。文中利用HyperWorks 商用有限元软件建立了T700/E44 复合材料层合板拉伸模型,基于Chang-Chang 复合材料失效模型对不同铺层转角复合材料层合板的 X 向及 Y 向拉伸性能进行了数值模拟分析。研究结果表明,复合材料层合板以45° 铺层转角对称结构层合时,复合材料有着最佳的综合拉伸性能。这对高性能雷达中复合材料部件的铺层结构设计具有重要的指导意义。     

大子样下复合材料层合板拉伸性能分散性研究

对22个相同复合材料层合板试样进行大子样拉伸试验,研究层合板的性能分散性规律.先测量抗拉强度、轴向和横向的应变值,计算每个试件的弹性模量和泊松比.随后对数据进行统计处理,发现复合材料层合板的抗拉强度和泊松比与对数正态分布模型、弹性模量与线性logistic模型拟合较好.最后,给出该复合材料层合板拉伸性能的分散性参数.     

一种新型可控机构式机器人机构振动特性

可控机构式机器人将驱动电机和减速器安装在机架或机架附近,使机构运动惯量显著减小,改善了机器人机构的动态性能.为了研究这种新型的机器人机构的动态性能,避免其发生异常振动,本文以一种所研制的机器人机构为研究对象,对其弹性动力学进行了建模,并对其振动特性进行了研究.首先对该机器人机构进行运动学分析,然后基于有限单元法建立其弹性动力学模型,在此基础上运用多尺度法求解系统动力学响应,并对机构在自激惯性力作用下的振动机理进行分析,研究其非线性振动特性及主共振、组合共振的条件.结果 表明,在自激惯性力作用下,机器人机构的驱动电机角速度近似于系统的某阶固有圆频率时,系统将发生主共振现象;而当多个驱动电机的角速度与系统的固有圆频率达到特定条件时,可能发生组合共振现象.发生共振时系统动态响应的幅值增大,为了避免可控机构式机器人在运行过程中发生共振,应注意使驱动电机的角速度远离机器人机构的共振条件.     

复合材料厚层合板力学性能等效方法研究

基于复合材料三维等效弹性常数理论,分别建立了厚复合材料悬臂梁和三点弯曲厚复合材料层合板的等效模型进行数值分析,并和逐层细分模型结果对比,研究了子层对等效模型位移计算误差的影响,分析了等效模型层间应力的计算精度。研究表明,对于子层厚度比0.2的厚复合材料层合板,采用等效模型进行数值分析,可以得到较高精度的位移-应力分析结果。以等效模型得到的层间应力作为设计约束时,厚复合材料层合板的设计是偏安全的。     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

复合材料层合板侵彻行为的计算机模拟

本文以复合材料层合板抗侵彻性能分析为目的,采用ABAQUS/Explicit建立了纤维增强复合材料层合板高速冲击有限元分析模型,结合Hashin失效准则进行损伤识别,给出了层合板在球形弹头冲击下的侵彻破坏特征和模态,获得了弹道极限速度。模拟结果与理论计算结果和已有实验结果吻合良好,证明了该方法合理有效,探讨了弹头形状、冲击速度和入射角等因素对层合板损伤的影响规律,获得了一些有价值的结论,可以为工程实际提供参考。     

电动机--复合材料连杆机构系统的动态响应

以三相交流电机——含三维编织纤维复合材料构件的连杆机构系统为研究对象,根据电机轴存在横振和扭振这种普遍情形以及三维编织复合材料的细观结构及特点,应用有限单元法建立了包含复合材料参数、电磁参数和机构的结构参数的系统动态方程,推导出了系统的自激惯性力,得出了自激惯性力及系统的非线性特性,通过研究发现了该系统的动态响应不仅与复合材料的细观结构参数与组分材料参数、连杆机构的结构参数和电机的电磁参数有关,而且还与电机轴的横振有关。最后通过实例仿真进行了验证。     

Stress singularities in dissimilar orthotropic composites containing an interlaminar crack

The problem of an interlaminar crack in dissimilar orthotropic composite materials under in-plane and anti-plane loading conditions is investigated. In the analytical model, orthotropic half-spaces are assumed to be bound together by a matrix interlayer which represents the matrix-rich interlaminar region in the fiber-reinforced composite laminate. The crack is embedded within the interlayer. With the utilization of the stiffness matrix approach, a system of singular integral equations of the first kind is derived for the current mixed boundary value problem. Numerical results are obtained for the interlaminar crack in a [0°/90°] fibrous composite laminate subjected to three basic loadings in fracture mechanics. Under each applied loading, variations of major and coupling stress intensity factors with respect to relative crack size, crack location, and fiber volume fraction are illustrated.     

两自由度可控连杆机构系统机电耦联动态方程及其响应

针对控制电动机转子偏心时不均匀气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,建立以电机横振、扭振为节点位移的伺服电机单元,应用有限单元法建立含电机电磁参数和弹性连杆机构结构参数的系统非线性机电耦合动力学模型.通过对算例的数值计算,得出系统弹性振动固有频率和弹性位移响应随时间的变化曲线.结果表明,电机对机构弹性位移的影响不可忽视.文中的工作为此类系统进行动态优化设计提供一定理论依据,也为研究此系统动态特性打下一定的基础.     

电动机用复合材料连杆机构系统的模糊优化设计

以电动机一复合材料连杆机构系统为研究对象，根据三维编织复合材料的细观结构及特点，运用模糊优化理论，在考虑电动机对复合材料连杆机构动态特性影响的基础上，建立了以复合材料构件的比阻尼容量为目标函数、以复合材料的纤维结构参数及构件截面的几何尺寸为设计变量、具有模糊约束的优化设计数学模型，给出了求解此模型的方法，并通过实例仿真进行了验证。     

Impact behaviour of GFRP and Kevlar/epoxy sandwich composite plate: Experimental and FE analyses

In this paper, dynamic response of GFRP composite plate under ballistic impact has been studied by experimental tests and also by an efficient FE model. Material characterization of GFRP composite is performed as required for progressive damage analysis of laminate due to impact. Shock effect of impact is considered in the material modeling of composite plate. The influence of the target thickness on the ballistic performance of the composite plate is also studied by considering 3.12, 6.24 and 9.36 mm thick targets. Moreover, sandwich composite plate consisting of GFRP and Kevlar/epoxy in three different combinations of laminate layers is considered to obtain suitable combination for structural application that offer better penetration resistance. Damage pattern, contact force histories and stresses in composite plate are studied in addition to residual velocity and acceleration of projectile. Numerical results from present FE model in terms of residual velocities and damage patterns in composite plate show good agreement with the experimental results.

     

Prototype fabrication of a composite automobile body based on integrated structure

This paper describes the integrated fabrication and assembly approach used to replace a steel body cover in Samand Sarir automobile by composite one because composite could perform higher mechanical performance, i.e., strength, stiffness, and impact absorption energy at low velocity. Considering the integrated body as base design criteria, the steel cover is redesigned and fabricated by composite material. Tensile, flexural, and charpy impact tests were carried out to determine the properties of woven fabric laminated composite in [0/90°] and [±45°] fiber orientations. The selected composite laminate shows 2.9 times impact resistance; its desirability factors are improved 1.8 times for strength and 3.35 times for stiffness. Using finite element method, the impact of the composite body cover was simulated by ABAQUS for several thicknesses and fiber orientations. The FEM results indicate that finally laminated composite [0/90°]₇ can improve the crashworthiness of composite part in comparing to steel body cover. The integrated 3D preform of glass woven fabric was stitched like the shape of 3D model of body cover and placed in mold for prototype fabrication. It can be concluded that vacuum bagging as suggested fabrication method could be suitable for 3,000–5,000 annual production volume. Eventually, the fabricated composite body cover weighed 1.7 kg, which is 42% lighter than the steel body cover.     

铺层顺序和垫板对复合材料层压板钉拉脱性能影响分析

机械连接是飞机复合材料结构最重要的连接方式之一,其面外拉脱性能直接影响结构机械连接的强度.本文针对常用的材料和铺层形式,设计相应的试样,开展了铺层方式、材料及金属垫板对复合材料层压板面外拉脱性能影响的试验研究,获取了相应的失效形式.试验结果表明,铺层比例为(40/50/10)具有更高的钉拉脱性能;对复合材料层压板增加金...     

含复合材料构件的连杆机构运动稳定性研究

在机械系统中应用先进复合材料是改善其动态性能的一条有效途径,本文研究含复合材料构件的机构运动稳定性问题。应用摄动理论导出了该类机构在自激惯性力作用下的运动稳定性条件,得到了机构模态阻尼等与机构运动稳定性之间的关系,对机构各类参数的综合优化、改善其动态性能等工作有较大的意义