弯矩作用下热塑性复合材料平面曲梁弹塑性特性分析

热塑性复合材料综合力学性能优异,具有广阔的应用前景。针对弯矩作用下热塑性复合材料平面曲梁进行了静力学建模及弹塑性特性分析。根据极坐标系下平面应力问题的基本方程,基于单参数塑性模型、相关塑性流动准则以及线性应变强化规律,建立了曲梁的控制方程,得到了曲梁应力和位移的解析解。在此基础上,系统分析了曲梁几何尺寸对截面应力分布的影响,并结合Hashin失效准则对曲梁失效形式进行判断。结果表明,所建模型在研究热塑性复合材料平面纯弯曲梁弹塑性特性问题中准确有效,曲梁失效形式与径厚比密切相关。     

复合材料结构的弯曲问题及其最近研究动向

复合材料结构的弯曲问题及其最近研究动向一、前言复合材料是由两种以上的材料压制而成，从整体而言，具有很多独特的性能。这种说法是比较古老的，而现在说起复合材料就意味着如ＦＲＰ（纤维增强塑料）等先进复合材料。它与金属相比较，具有高的比强度（强度Ｊ比重）和比...     

平面曲梁纯弯曲等价定理及其试验验证

平面曲梁的纯弯曲过程是固体力学领域中的一个重要分支,但是由于曲梁初始曲率的存在,导致对其精确解析的复杂性。相对而言,直梁的平面弯曲及弹复过程却相对容易实现定量预测。为简化平面曲梁纯弯曲的理论分析模型,针对小曲率平面曲梁的小弯曲变形特点,通过引入曲梁截面弯曲应变的线性分布假设导出曲梁纯弯等价定理。基于板材的四点弯曲特点,同时依托于高精度的三坐标测量仪器,采用不同的板坯试样在不同的弯曲工艺条件下的试验验证该等价定理的可行性。最终试验结果表明,采用直梁弯曲的曲率叠加曲梁初始曲率的方式来代替曲梁弯曲后曲率值,最终结果的绝对误差小于5×10–5,相对误差不大于4.5%,完全满足工程精度的需求。     

多切口层合曲梁分析

建立了多切口层合曲梁分析模型,根据切口的数目和位置梁被分成若干段,每段假设一层间非连续的剪应变为厚度方向坐标的二次多项式,进而根据层间连续条件和梁面剪应力为零的条件推出能反映横向剪切变形的位移场。各段的位移场形式相同,两个相邻段之间的连续条件可通过匹配位移变量来实现,该模型具有位移场变量少和精度高等优点,文中构造了其有限元模型,比较了本文模型及其简化模型的计算精度和适用范围。     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

光致弯曲驱动曲梁的挠曲线方程求解

针对新型光致形变聚合物的特点,根据光致弯曲驱动曲梁的平面弯曲模型,引入光致应变、光致轴力和光致弯矩的概念,建立了光致弯曲驱动曲梁平面弯曲变形的挠曲线方程。在半圆形曲梁一端固定,另一端分别为轴向约束、径向约束、轴向加径向约束的三种情况下,求解出光致弯曲驱动曲梁在光照后的驱动力及其变形。数值算例求出了一端固定一端轴向和径向约束的半圆梁在紫外线光照前后的变形量和驱动力大小,结果表明,该聚合物可望用作微机械系统的执行部件,为光致形变驱动提供了理论支持。     

复合材料螺栓连接失效分析

复合材料螺栓连接的孔边应力分布和其失效模式的关系一直是机械连接强度分析中十分重要的问题,不同的失效模式区域所受的应力是不同的。首先采用了适当的孔边应力函数获得了失效区域孔边径向正应力、切向正应力和剪切应力的分布,分析了不同失效模式(挤压失效、剪切失效和拉伸失效)和其所受应力的关系。随后基于螺栓连接的三维实体有限元模型,将有限元分析的结果和解析法得出的结论进行了比较,发现的解析法计算的结果和有限元结果吻合良好,验证了复合材料螺栓连接的不同失效模式和其所受应力的关系。这表明复合材料螺栓连接不同的失效模式是由不同的应力所导致的。     

SiC/TC4复合材料涡轮轴渐进失效分析

为了研究SiC/TC4复合材料涡轮轴的失效行为,提出轴结构渐进失效分析方法,建立基于Hashin失效准则的层合板模型,并开展SiC/TC4层合板拉伸试验,对比试验与仿真得到的拉伸强度以验证计算方法的有效性.模拟涡轮轴结构在轴向拉伸载荷和扭转载荷下的损伤演化过程,预测失效强度.结果表明:0°铺层时涡轮轴的拉伸强度最大;4...     

复合材料夹层梁弯曲分析的状态空间法

给出了复合材料夹层梁弯曲刚度和剪切刚度的表达式。导出了其弯曲的状态空间方程，并求出了它的通解，最后，给出了三个例子。本法求解问题简单，明显地优于以往的方法     

碳纤维复合材料弯曲撑杆成型工艺技术

对碳纤维复合材料弯曲撑杆的成型工艺方法进行了试验研究,比较分析了几种方法的优缺点。分别研究了辅层设计、吸胶工艺、热缩工艺,采用了预浸料辅层——热压罐固化工艺,制品具有厚度均匀、表面光滑平整的优点。     

Modeling and analysis of curved beams with debonded piezoelectric sensor/actuator patches

In this paper, a mathematical model for thin-walled curved beams with partially debonded piezoelectric actuator/sensor patches is presented for investigating the effect of debonding of the actuator/sensor on their open- and closed-loop behaviors. The actuator equations and the sensor equations of the curved beam in perfectly bonded and debonded regions are derived. In the perfect bonding region, the adhesive layer is modeled to carry constant peel and shear stresses; while in the debonding area, it is assumed that there is no peel and shear stress transfer between the host beam and the piezoelectric layer. Both displacement continuity and force equilibrium conditions are imposed at the interfaces between the bonded and debonded regions. Based on the model and the sensing equation of the sensor, a closed-loop vibration control for the curved beams is performed. To obtain the frequency response from the presented model, a solution scheme for solving the complex governing equations is given. Using this model and the solution scheme, the effects of the debonding of actuator and sensor patches on open- and closed-loop control are investigated through an example. The results show that edge debonding of the piezoelectric patch has a significant side effect on the closed-loop control of the curved beams.     

Plane strain elastic–plastic bending of a strain-hardening curved beam

Elastic–plastic analysis of plane strain pure bending of a strain-hardening curved beam has been presented. Only a linear hardening case has been analyzed as the nonlinear equations for a general hardening case could not be solved analytically. A numerical scheme for the computation of stresses and displacements in different stages of deformation has been given and limited FEM verifications have been presented.     

Modelling of curved interfaces in composite shells

Contact laws for thin curved interfaces in elastic multistructures have been established, within the framework of thin shell mechanics. Limit contact laws for the interface are obtained in a deductive manner, using an asymptotic expansion of the solution vs. the interface thickness. The limit solution is shown to depend on the ratio between the thickness of the shell and the radius of curvature of the mean plane of the shell. Different behaviours are evidenced, according to the scaling of the mechanical properties of the intermediate shell and the relative amount of curvature vs. thickness. The cases of very weakly curved shells, weakly curved shells, and strongly curved shells are highlighted. The effect of curvature on stress generation is evidenced, and the stress distribution is represented in some specific cases.     

热压Ni-MoS2自润滑复合材料在不同温度的往复摩擦磨损特性

采用自润滑复合材料,对提高某些机械摩擦副的使用寿命有很显著的效果。研究了热压Ni-MoS2自润滑复合材料与GCr15钢球组成的点接触配对副,在室温和高温条件下进行微幅往复摩擦运动时的自润滑特性。考察了载荷、温度及MoS2含量对摩擦系数和磨损率的影响,并借助扫描电镜观察磨损表面的形貌特征。结果表明：摩擦系数随载荷增加而不断提高;温度在400℃以下时,摩擦系数能保持较低数值;在室温和250℃时,含60%MoS2的复合材料均具有最低磨损率;提高MoS2含量有助于改善高温自润滑性;MoS2转移润滑膜的完整程度可作为Ni-MoS2复合材料自润滑性能好坏的判据。     

In-plane and out-of-plane buckling of arches made of FGM

The mechanical buckling of curved beams made of functionally graded materials is studies in this paper. The equilibrium and stability equations of curved beams under mechanical loads are derived. Using proper approximate functions for the displacement components, the stability equations are employed to obtain the related eigenvalues associated with the buckling load of the curved beam. Closed-form solutions are obtained for mechanical buckling of curved beams with doubly symmetric cross section subjected to uniform distributed radial load and pure bending moment. The results are validated with the known data in the literature for beams with isotropic materials.     

传递函数方法在复杂曲梁计算中的应用

曲梁在机械工程中的应用非常广泛,例如吊钩、链环等,因此对曲梁进行力学分析和变形计算是机械设计的重要内容。采用传递函数方法对复杂曲梁进行分析,根据曲梁上的载荷和曲线的形状将曲梁分成不同的单元,建立单元的分布传递函数求解模型,并在单元之间连接处作了特殊处理,通过坐标变换后再组集成梁整体平衡方程。算例表明,此方法具有很高的精确度。     

纯弯曲过弯矫直等价原理及其试验验证

矫直是大口径埋弧直缝焊管生产过程中处理直线度不达标管件的关键性技术,研究矫直过程中的变形规律是合理确定矫直工艺参数的理论基础。根据矫直过程中弯曲小变形的特点,提出初始当量应变的概念,借此建立平面曲梁初始曲率分布与应变分布之间的联系。基于弹塑性小变形纯弯曲工程基本假设,导出平面曲梁小变形反向纯弯曲的几何方程和弹复方程,进而理论上论证曲梁过弯矫直与直梁纯弯曲之间的等价关系,从而给出过弯矫直等价原理,即曲梁矫直所需弯矩载荷与同材质、同形状的直梁弯曲成待矫曲梁形状所需载荷的等价关系。用三点弯曲和四点弯曲及其反向弯曲试验证实过弯矫直等价原理的正确性,为过弯矫直工艺方案和控制策略的确定奠定了理论和试验基础。     

基于变长度悬臂曲梁的金属橡胶材料本构模型

依据金属橡胶材料细观结构变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析。提出基于变长度悬臂曲梁的单匝螺旋卷细观结构单元,结合接触作用模型,从材料的微元体出发推导承受压缩载荷金属橡胶材料的本构模型。该模型包含金属丝直径、弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶材料力学特性的物理本质。通过圆柱形和长方形两种不同外形金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,结果表明理论计算和试验数据吻合较好,说明该模型能够描述金属橡胶材料在加载和卸载阶段的力学行为。为进一步研究金属橡胶材料的力学特性,指导金属橡胶产品的设计提供理论依据。     

高速牵引机构的中空滚子设计研究

采用中空滚子作为行星轮是高速牵引机构的理想设计。本文求解了中空滚子在装配和运行状态下的变形和应力，提出了空心度作为中空滚子的设计主参数，并对空心度的选取范围作了研究