层间增韧复合材料在静压痕力下的损伤阻抗和渐进损伤分析

在复合材料层合板层间植入韧性层是提高复合材料韧性和抗冲击能力的有效方法。为了研究层间增韧对层合板损伤阻抗的改善作用，文中通过准静态压痕试验研究层间增韧复合材料在准静态压痕力下的损伤和破坏行为，利用超声C扫描测量分层损伤面积。试验结果表明，层间增韧复合材料具有较高的分层起始载荷和分层起始能量，损伤阻抗显著提高。在相同的载荷水平下，具有较小的分层损伤面积。文中还采用有限元方法对层间增韧复合材料在静压痕力下的分层和铺层失效进行数值分析，有限元计算结果与试验结果吻合较好。     

层间增韧复合材料在静压痕力下的损伤阴抗和渐进损伤分析

在复合材料层合板层间植入韧性层是提高复合材料韧性和抗冲击能力的有效方法.为了研究层间增韧对层合板损伤损伤阻抗的改善作用,文中通过准静态压痕试验研究间增韧复合材料在准静态压痕力的损伤和破坏行为,利用超声C扫描测量分层损伤面积.试验结果表明,层间增韧复合材料具有较高的分层起始载荷和分层起始能量,损伤阻抗显著提高.在相同的载荷水平下,具有较小的分层损伤面积.文中还采用有限元方法对层间增韧复合材料在静压痕力下的分层和铺层失效进行数值分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好.     

PEK-C增韧PF基玻璃布复合材料层间断裂的研究

用ＤＣ８测定和ＳＥＭ观察了ＰＥＫ－Ｃ增韧ＰＦ基玻璃布复合材料Ｉ型层间断裂。结果表明,随ＰＥＫ－Ｃ含量的增加,形成的球粒－网络结构中连续相逐渐以线性结构为主;第二相球粒的数量也随之增多。同时ＰＥＫ－Ｃ中羰基提高了基体与玻纤的界面结合强度,织物交织孔隙造成的树脂柱“铆接”和织物平面弯曲引起的“界面转换”都阻碍了层间裂纹的扩展,提高了层间断裂韧度。     

夹持力对填充孔复合材料层合板层间应力的影响分析

提出了采用螺栓填充孔形式研究复合材料层合板连接接头孔边层间应力分布规律,并建立了含零厚度界面胶层的三维有限元模型对受面内拉伸载荷的层合板孔边层间应力进行求解。结果表明:层间正应力沿孔分布主要受螺栓夹持力影响,相同夹持力下,不同界面层的层间正应力集中在同一范围内波动;层间剪切应力既受到螺栓夹持力影响又与界面层的类型有关系,如[-45/90]和[0/-45]界面层层间剪切应力整体取值大于其他界面层;螺栓夹持力引起的层间正应力主要为压应力,对层间强度有益,但同时产生的层间剪切应力不利于层间强度的提高,因此存在合适的螺栓夹持力使复合材料接头具有良好的孔边层间强度。     

带圆孔层合板孔边层间应力分析、失效研究及软件开发

依据边界层理论分析的带圆孔对称复合材料层合板的应力解析解,开发相应的软件,计算铺层交界处的层间应力.进一步增加Hashin失效判据,得到层合板各个铺层不同失效形式下的区域分布.该软件是基于Matlab开发的,非常适用于带圆孔复合材料层合板结构打样阶段的分析.     

层间短纤维增韧复合材料层板横向裂纹扩展的试验研究

对于Zylon短纤维层间增韧层板和普通碳纤维树脂复合材料层板,利用自制小型弯曲试验器和90o铺层缺口试件进行四点弯曲和三点弯曲试验,研究和比较两种层板中基体横向裂纹的发生与扩展规律。结果表明,两种层板基体横向开裂应力基本相同,而裂纹扩展有明显差别。普通层板基体裂纹贯穿90o铺层、不稳定扩展,平均速度约为17.7m/s;而层间增韧层板发生短纤维桥联,使基体横向裂纹的不稳定扩展停止,因而层间短纤维可显著提高基体横向裂纹扩展阻力。试验应用表明,小型弯曲试验器是有效的,尤其便于在光学显微镜下进行实时细观观测。     

仿生叠层复合材料的制备及层间性能研究

把贝壳的结构机制及韧化机理应周于叠层复合材料的设计中。利用铝合金作为基体材料，纤维／树脂作为夹层材料，设计并制备了纤维／树脂／铝合金叠层复合材料。通过扫描电镜从微观上对复合材料的界面进行研究，指出成型工艺对复合材料界面的影响。通过T剥离强度试验对叠层复合材料的界面粘接强度进行测试，在宏观上对复合材料的层间性能进行了分析。     

复合材料层合板阻尼特性有限元数值模拟

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。     

复合材料层合板分层分析中的界面元应用

采用界面元模拟复合材料层合板界面层的方法,分别对测试复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的双悬臂梁弯曲DCB(double canlilever beam)试件和测试Ⅰ、Ⅱ混合型层间断裂韧度的混合模式弯曲MMB(mixed-mode bending)试件的加载和层间开裂过程进行有限元数值模拟.分析中采用混合准则和B-K(Benzeggagh-Kenane criterion)准则分别判断界面元的刚度退化和裂纹扩展.另外,在对MMB试件的模拟中讨论B-K准则中的参数叩的选取.数值模拟的结果与试验结果的对比表明,文中采取的界面单元方法可以有效模拟复合材料层合板和层间结构的层间破坏.     

复合材料层合板疲劳寿命的可靠性分析

基于唯象的剩余强度衰减模型与蔡－希尔静强度判据,建立单向层合板在任意复杂面内应力作用下的疲劳失效准则。利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,并对其进行可靠性评估。根据Ｔ３００／ＱＹ８９１１的三种典型层合板［０］１６、［９０］２４和［±４５］３Ｓ的拉—拉疲劳试验结果,利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,结果表明寿命服从Ｗｅｉｂｕｌ分布。     

用弹塑性有限元法对焊接接头裂尖场J积分的研究

采用平面应力弹塑性有限元法研究了中心裂纹板焊接接头裂尖场J积分参量及其应用的可行性,数值分析采用MARC软件的二维弹塑性分析模型,探讨了不同强度匹配（高,等,低匹配）的焊接接头试样在加载过程中裂尖场J积分的变化情况,计算结果表明,靠近焊接接头裂纹尖端的J积分回路明显的路径相关性,而远离裂尖的J积分回路表现出路径无关性,焊接接头强度匹配因子M对裂纹尖端的J积分值有很大的影响,对应于每一个载荷P／P0,J积分的值随M的增大而减小,特别是当P／P0＞1．0时这种情况更明显。     

MACHINING STUDIES OF UD-FRP COMPOSITES PART 2: FINITE ELEMENT ANALYSIS

A number of parameters and an exhaustive material development and experimental procedure to determine the response variables like cutting forces, surface damage restricts the expensive experimental research. In this context, Finite Element Method (FEM) analysis can be used as a tool for the prediction of the various machining responses. A finite element analysis of the orthogonal machining of Uni-directional Glass Fiber Reinforced Plastic (UD-GFRP) laminates is presented in this study to understand the complex relation between fiber orientation, tool geometry, depth of cut on cutting forces and sub-surface damage.     

MACHINING STUDIES OF UD-FRP COMPOSITES PART 2: FINITE ELEMENT ANALYSIS

ABSTRACT

A number of parameters and an exhaustive material development and experimental procedure to determine the response variables like cutting forces, surface damage restricts the expensive experimental research. In this context, Finite Element Method (FEM) analysis can be used as a tool for the prediction of the various machining responses. A finite element analysis of the orthogonal machining of Uni-directional Glass Fiber Reinforced Plastic (UD-GFRP) laminates is presented in this study to understand the complex relation between fiber orientation, tool geometry, depth of cut on cutting forces and sub-surface damage.     

轴对称体热弹塑性蠕变有限元分析计算

以经典的热弹塑性蠕变理论为基础,考虑到材料常数随温度的变化,导出了热弹塑性蠕变问题的增量本构方程和轴对称有限元计算公式,编制了程序,并以高温炉管为例作了应力、应变计算,结果可供工程设计部门参考。     

一种轧机动力分析有限元模型

提出一种四辊轧机动态性能分析的平面有限元模型,该模型由梁单元、杆单元、刚度单元和质量单元等组成。根据该理论,可计算得到轧机容易激发的固有频率。用试验检验了所提模型的正确性。     

往复压缩机轴系扭振有限元分析

某6列往复压缩机因曲轴扭振,出现烧连杆瓦和断轴现象,调整压缩机曲轴转速及行程后,问题得到解决。利用Ansys有限元软件,建立调整前、后轴系有限元模型,分别对各轴系进行模态和瞬态动力分析。结果发现,轴系第1列曲柄销上节点振幅共振时远大于第6列,在压缩机第1、2列连杆瓦处产生冲击载荷的可能性很大,从理论上揭示曲轴多次在第2列曲柄根部断裂的原因;在同等共振状态下,压缩机行程的减小与曲柄振幅的降低成非线性关系得到确认。     

周边夹持大应变金属薄膜变形特性有限元分析

受侧向载荷作用的金属薄膜可作为一种功能元件用于防止装置超压或实现某些特定的工艺操作,在许多行业被大量使用。几何和材料非线性的特点使得解析计算非常困难,目前其设计和制造主要依赖于实验。文中采用MITC4(mixed interpolation of tensorial components)壳元基于T.L．(Totoal Iagrange)列式,对普通和开有透缝的二种结构形式的金属薄膜进行有限应变弹塑性有限元分析。通过与实验结果的比较,得出如下的结论,①普通膜的高应力应变区位于极顶附近约1／3口径的区域,应力梯度自周边向内不断减弱。②极顶挠曲高度随加载呈弱“S”形的规律变化。③随加载,横向塑性应变的变化过程可以划分为缓慢增加段、过渡段和快速增加段3个阶段,阶段的2个分界点为pa/so≈530MPa和880MPa。④透缝膜高应力应变区位于内圈终止小孔孔桥间的边缘局部区域。⑤存在一个重要的数群pa/(s0b),不同d时最大等效应力相对于该数群具有十分相近的变化规律。     

未确知桁架结构有限元分析的未确知因子法

文中构建物理参数、几何参数和载荷同时具有未确知性的桁架结构有限元分析模型，并提出基于未确知因子法的结构分析方法；利用未确知因子的数学表述和未确知有理数的运算规则，推导出结构位移响应和单元应力响应的计算表达式。算例给出未确知性结构的响应可能值及其可信度的计算结果，表明该方法的可行性和有效性。     

某型号注塑机械手的有限元数值分析

应用有限元数值分析软件ANSYS对所设计的某型号注塑机械手进行数值分析。对该机械手做了模态分析、谐响应分析。针对实际工况,分析机械手的瞬态动力响应,指出该机械手设计的薄弱环节,说明减少动力响应的结构改进途径。结果表明,应用ANSYS可较精确地分析机械手上各节点的位移、应力情况,确定机械手的动力特性,为改进机械手受力状况和结构优化设计提供理论依据。     

钻柱接头扣型改进设计的有限元分析

螺纹根部应力集中是导致钻柱接头失效的主要原因之一。文中采用有限元方法分析多种针对NC46扣型的改进设计方案,包括扩大螺纹根部圆弧半径、公母扣大端切削以及改变公扣锥度。详细分析各种改进设计方案对螺纹根部应力集中的影响,以及螺齿上接触载荷的分布变化。研究结果表明,改变公扣锥度方案对降低公扣根部应力集中的效果最好,其次是对螺纹大端进行切削的方案和采用SST扣方案。