引发角对碳纤维/环氧复合材料圆管件轴向压溃性能的影响

研究了碳纤维增强高韧环氧树脂5288复合材料薄壁圆管件的轴向压溃行为和引发角尺寸之间的关系.对15°,45°,60°引发角的相同尺寸试件分别进行轴向压溃试验,记录了试验过程中的结构载荷力-位移曲线,对照各组不同引发角的管形件轴向压溃过程的峰值压溃载荷、最小压溃载荷后发现,当引发角为60°时,结构的峰值压溃载荷最高,最小压溃载荷最低.对试验件失效后组织进行微观分析后发现,对应于不同引发角,由于接触状态不同,圆管件发生了不同方式的压溃失效,导致了结构吸能力-位移曲线的变化.     

PET瓶基于ABAQUS的轴压分析

通过试验和数值分析研究吹制PET瓶受轴向压缩载荷时的屈曲变形行为。基于ABAQUS有限元方法进行显式非线性动态分析,计算PET瓶轴压下的屈曲载荷,并分析其应力分布。用数值计算结果与实验结果进行对比分析,发现PET瓶屈曲载荷的数值解和实验结果基本吻合,为新型瓶的优化设计和屈曲载荷测试提供了一种便捷有效的解决方法。     

柱形波纹压溃元件轴向冲击力学行为研究

针对冲击载荷作用下多层柱形波纹压溃元件的力学特性分析非常困难的问题,结合柱形波纹压溃元件的冲击压溃变形特征,将柱形波纹压溃元件的变形划分为弹性变形阶段、壁面接触前的塑性变形阶段、混合塑性变形阶段、壁面接触过程中的塑性变形阶段,研究了轴向冲击下柱形波纹压溃元件变形抗力的理论计算方法。利用Matlab Simulink软件编程,计算分析了不同高度落锤冲击柱形波纹压溃元件产生的变形抗力与压溃量之间的映射特性,并与实验结果进行了比较。研究结果表明,在不同跌落高度冲击下,理论计算的变形抗力与实验结果吻合较好,证明所提出的理论分析方法是合理的,对波纹压溃缓冲元件的工程应用具有指导意义。     

泡沫变形模式对泡沫填充圆管压溃行为的影响

将泡沫填充圆管的平均压溃载荷视为圆管、泡沫及圆管与泡沫相互作用三部分之和, 基于作者提出的直链塑性铰改进模型, 研究了两种泡沫变形模式对泡沫填充圆管准静态压溃行为的影响, 得到了新的最优屈曲半波长和平均压溃载荷的理论计算公式, 并研究了两种泡沫变形模式下, 偏心率和塑性角参数对最优屈曲半波长和平均压溃载荷的影响。结果表明, 泡沫变形模式 Ⅰ 下的平均压溃载荷略高于泡沫变形模式 Ⅱ 下的相应值, 泡沫变形模式对最优屈曲半波长影响较大; 与文献[14]相比, 所得平均压溃载荷理论预测值与试验结果吻合得更好。      

中空纤维的压溃模型与结构稳定性

基于四铰链变形理论推导了中空纤维的压溃载荷,利用有限元方法模拟分析了结构参数对中空纤维压缩行为的影响,探究其结构稳定性规律.研究结果表明,中空纤维的压溃不仅与压缩变形量有关,还与材料因子、结构因子有关;纤维内径相同时,麻纤维的屈服载荷最大(947.7 MPa),锦纶的则最小(28.237 MPa),羊毛、腈纶和醋酯纤维...     

纤维铺层角度对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性影响研究

研究T700/3234复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性受纤维铺层角度变化的影响规律。开展复合材料力学性能试验和薄壁圆管轴向准静态压溃试验。通过对比圆管轴向压溃峰值载荷及比吸能等指标的试验结果,验证建立的复合材料圆管有限元模型和分析方法。基于验证的有限元分析方法,探讨了复合材料纤维铺层角度的变化对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响规律。结果表明,在准静态轴向压缩载荷下,随着纤维铺层角度的增大,比吸能先增大后减小;纤维角度为±45°时,初始峰值载荷最低,载荷效率最高,圆管易于进入渐进破坏吸能阶段。研究结果可为复合材料纤维铺层角度设计及复合材料薄壁结构有限元建模提供参考。     

多层UV形瓦楞纸板的准静态轴向压溃模型研究

目的 对多层UV型瓦楞纸板轴向压溃后的变形机理和抗压性能进行探究,以助于多层瓦楞纸箱和缓冲包装的设计。方法 采用理论分析和试验研究相结合的方式,对UV形多层瓦楞纸板轴向压溃后的平台应力进行理论建模和准静态试验研究。结果 在UV形瓦楞生产工艺的基础上,假设楞纸与相邻层之间的相互作用为面黏合;提出了一种新的折叠元件以及波纹芯的3种变形模式;此外,分别提出了五层瓦楞纸板和七层瓦楞纸板平台应力理论模型;多层瓦楞纸板平台应力的理论预测结果与试验结果吻合良好。结论 所提出的多层UV形瓦楞纸板理论模型是有效的,这将有助于波纹结构刚度设计和参数选择,以满足不同的强度要求。     

复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃失效行为

有效的触发机制能诱导并改善复合材料吸能结构的轴向渐进压溃行为,但仍无法解决汽车吸能结构在斜向冲击载荷下的失稳问题。为了提出新的设计来改善失稳行为,对复合材料吸能圆管在半圆凹槽触发机制下的斜向压溃行为和失效机制进行研究。建立引入半圆凹槽触发机制的圆管有限元模型,采用界面和层内非线性损伤演化模型来模拟其真实的压溃失效模式。通过对比模拟和实验对应的轴向压溃载荷、吸能和失效模式来验证圆管的准静态压溃模型。进而,预测斜向压溃角度(10°～50°)对圆管在半圆凹槽触发机制下压溃行为的影响,并详细揭示其轴向和斜向压溃失效机制及其区别。结果表明,压溃载荷、吸能及失效面积随角度增大而明显减小,不稳定的压溃过程使材料失效耗能不充分。圆管在轴向压溃下表现为渐进破坏,而在斜向压溃下以“渐进破坏”向“失稳破坏”过渡为特征,导致斜向压溃载荷与吸能曲线均存在一个过渡。本研究加深了对圆管在外部触发机制下斜向压溃失效机制的理解,为改善斜向压溃失稳行为提供了一定的设计依据。     

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。     

铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究

采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管"层合壳"有限元模型,通过显式动力学方法求解其在准静态轴向载荷下的压溃失效力学行为。仿真与试验结果在圆管轴向压溃变形过程、初始峰值载荷、平均压溃载荷及比吸能等主要吸能参数上具有很好的一致性,验证了"层合壳"复合材料圆管有限元模型和建模方法的有效性。其次,采用解析模型与仿真分析方法分别对[0/90]_3s、[0/90/0₂/90₂]_s、[0₃/90₃]_s三种不同铺层顺序的复合材料圆管的屈曲载荷与吸能特性进行了对比,进一步分析了铺层顺序对圆管失效吸能特性的影响。研究表明,0°与90°铺层交替程度对复合材料圆管的吸能特性影响较大,保证纤维失效方式在结构宏观失效中占主导地位能够提高材料失效吸收能量。     

基于FEM的聚酯碳酸饮料包装瓶强度和结构分析

从理论上得到了聚酯碳酸饮料包装瓶的应力计算方法和强度条件;利用ANSYS对其强度进行了有限元模拟和计算,得到了不同厚度的聚酯碳酸饮料包装瓶的应力图,并分析了其应力特点;同时研究了轴向载荷和瓶体开凹槽对瓶体应力的影响。为聚酯碳酸饮料包装瓶的优化设计提供了理论依据。     

Collision energy absorption of ships' bow structures

The energy absorbed during the collapse of ship's bow structures in a collision is largely due to the plastic work done by axial crumpling of the plate elements in the structures. In this paper a method is presented for predicting crushing strength of ships' bow structures during a collision.The method of predicting the crushing strength of a variety of structural elements is described using the kinematic method of plasticity. Effects of strain-rate on the axial of crushung of structural elements are included. The crushing strenght of a ship's bow structure is obtained by summing the energy dissipated in all individual structural elements. The theoretical predictions are compared with experimental results for ships' bow models. The paper concludes with an example of the application of the theoretical method to a ship collision with a concrete pier.     

复合材料波纹夹层圆柱壳设计及轴压性能

结构轻量化是航空航天发展的永恒主题, 波纹夹层圆柱壳作为常见的轻质结构形式, 在航空航天领域具有很大的发展空间。采用模具热压法, 制备出纵向和环向碳纤维复合材料波纹夹层圆柱壳, 其中芯子整体成型, 面板分瓣制备。采用经典板壳屈曲理论, 分析纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴压力学性能, 得到了欧拉屈曲、整体屈曲、局部屈曲和面板压溃4种失效模式下的极限载荷理论公式。绘制出结构的失效机制图, 直观显示出了失效模式与试件尺寸之间的关系。通过对纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴向压缩试验, 获得了结构的载荷-位移曲线及局部屈曲和面板压溃2种失效模式。结果表明:纵向波纹夹层圆柱壳的轴向承载能力及载荷/质量效率优于环向波纹夹层圆柱壳, 在一定范围内增加圆柱壳面板的厚度、减小圆柱壳的高度可提高结构的载荷/质量效率。      

On the Collapse of Cotton/Epoxy Tubes under Axial Static Loading

Experimental quasi-static crushing tests and finite element analysis have been carried out for unidirectional filament wound laminated cotton/epoxy tubes. The work focuses on three main factors, which considerably affect the axial collapse load of unidirectional natural composite tubes. These factors are structural geometry, fibre diameter and fibre orientation. Cotton/epoxy tubes with different diameters (50, 70, 90, 110 and 130 mm) were examined and tested. The fibre orientation angles were 80 and 90°. The initial geometric imperfections are measured using the computerised Mistral coordinate measuring machine. The numerical prediction was obtained using commercially available finite element software. A limited agreement between the experimental and computational results was obtained. For all structures considered classical axial collapse eigenvalues were computed. The initial failure crush load computed from the finite element simulation model has been compared with the experiments.     

变刚度碳纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆管轴向压溃响应与破坏机制

通过控制缠绕线型改变轴管纤维角度,制备了一种轴向刚度渐变、压溃稳定的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)变刚度薄壁圆管。对变刚度、[±45°]_n以及[90°]_n三类CFRP缠绕轴管进行轴向准静态压缩测试,结合数字图像相关技术(DIC)及有限元结果,对比三类结构压溃初始应变模式、损伤演化与应力状态结果,研究了变刚度结构的压溃响应与破坏机制。结果表明:不同纤维角度CFRP轴管因轴向刚度不同,压溃的初始破坏与损伤演化过程相异,三类结构产生不同的压溃响应与破坏模式。变刚度区连续变化的大角度纤维能有效地引发分层和"开花式"混合破坏,缓慢释放应变能,使变刚度CFRP轴管吸能效果明显优于其他两类结构。其峰值载荷为66.97 kN,压溃效率为50.8%,比吸能为10.1 kJ/kg,相对于[±45°]_n结构比吸能提升156.35%,压溃效率提升518.76%,相对于[90°])n结构比吸能提升16.9%,压溃效率降低27.3%。     

Mechanical behaviors of carbon fiber composite sandwich columns with three dimensional honeycomb cores under in-plane compression

Mechanical properties and failure modes of carbon fiber composite egg and pyramidal honeycombs cores under in plane compression were studied in the present paper. An interlocking method was developed for both kinds of three-dimensional honeycombs. Euler or core shear macro-buckling, face wrinkling, face inter-cell buckling, core member crushing and face sheet crushing were considered and theoretical relationships for predicting the failure load associated with each mode were presented. Failure mechanism maps were constructed to predict the failure of these composite sandwich panels subjected to in-plane compression. The response of the sandwich panels under axial compression was measured up to failure. The measured peak loads obtained in the experiments showed a good agreement with the analytical predictions. The finite element method was used to investigate the Euler buckling of sandwich beams made with two different honeycomb cores and the comparisons between two kinds of honeycomb cores were conducted.     

模态缺陷条件下复合材料柱形壳屈曲特性

为了开展多模态缺陷条件下复合材料柱形壳的屈曲特性研究,进行了理想柱形壳在轴压工况下的线性屈曲分析,得出前50阶屈曲失稳模式,即模态缺陷;基于弧长法研究不同模态缺陷条件下复合材料柱形壳的非线性屈曲特性;将有限元分析结果、NASA SP-8007规范计算结果与Bisagni试验结果作对比分析。结果表明:对于轴压柱形壳屈曲问题,第1阶模态缺陷不是最差缺陷,在第1阶模态缺陷条件下求出的非线性屈曲载荷比试验值高出较多;高阶模态缺陷条件下的复合材料柱形壳非线性屈曲计算结果与试验结果最为吻合,两者相差较少;屈曲载荷下降受缺陷形状、幅值双重影响,复合材料柱形壳屈曲计算需考虑多模态问题;NASA求出的屈曲载荷非常保守,低于试验值较多,用NASA方法进行复合材料柱形壳的设计,往往会导致结构笨重、材料浪费、性能降低。     

Dynamic axial crushing of circular tubes

A series of axial crushing tests on steel circular cylindrical shells loaded either statically or dynamically is reported and compared with various theoretical predictions and empirical relations. A modified version of Alexander's theoretical analysis for axisymmetric, or concertina, deformations gives good agreement with the experimental results when the effective crushing distance is considered and provided that the influence of material strain rate sensitivity is retained in the dynamic crushing case.     

三角混合两级杠杆微位移放大机构的设计及性能分析

针对压电执行器和压电驱动平台输出行程有限的问题,设计了一种三角混合两级杠杆微位移放大机构。首先,理论推导了该微位移放大机构的位移放大公式,得到了位移放大比;其次,分析了不同类型两级杠杆结构支点铰链对施加载荷的敏感性;最后,利用ANSYS软件对机构进行静力学和动力学仿真,对机构的相对寄生运动比和固有频率进行了分析。结果表明：当选取直梁形铰链作为两级杠杆结构的支点铰链时,机构对施加载荷的敏感性较强;机构位移放大比理论值与仿真值的相对误差为9.56%,相对寄生运动比为0.348 2,且1阶固有频率最佳。所设计的微位移放大机构具有较小的寄生位移、较强的抗干扰能力和较好的动力学性能。研究结果为压电驱动器或快速反射镜支撑结构实现大量程的位移输出提供了一定的理论指导。