直升机复合材料结构屈曲稳定性数值计算研究

本文首先详细描述了大变形非线性问题的有限元数值计算理论,包括大变形非线性数值计算方法、结构稳定性计算和屈曲问题。其次采用有限元软件MSC．Marc在直升机受阻右侧滑载荷条件下对垂尾结构进行了稳定性数值分析计算,主要对垂尾进行了优化结构下的结构和厚度圆整后结果的结构进行了稳定性分析。计算结果表明：垂尾前缘根部出现失稳现象,而其它区域没有失稳现象出现。最后本文通过细致的分析、校核稳定性分析计算结果,给出了复合材料结构承载后屈曲稳定性数值分析方法,为直升机复合材料仿真技术的发展积累了经验。     

短纤维/橡胶发泡复合材料的微观结构及拉伸破坏机理

对锦纶短纤维增强的NR发泡材料的微观结构及拉伸破坏行为进行了研究，并分析了其破坏机理。采用未处理短纤维增强的NR发泡材料中短纤维成为泡孔的成核点，并大部分悬空在泡孔中，拉伸破坏时泡壁与短纤维结合处容易出现应力集中，成为裂纹的起始点，失效时短纤维大部分被抽出；预处理短纤维能与橡胶基体之间产生良好的粘合，从而处于橡胶基体中。其短纤维增强的NR发泡体拉伸产生的裂纹扩展时遇到纤维，纤维能起到承载应力、使应力转向、阻止裂纹扩展的作用，一定程度上改善了复合材料的拉伸强度等物理性。     

基于修正Archard模型的聚醚醚酮磨损数值模拟

基于端面摩擦磨损实验,研究了摩擦条件对聚醚醚酮(PEEK)磨损率的影响,并以此建立了PEEK的修正Archard磨损计算模型。结合有限元分析软件与网格自适应处理技术,该磨损计算模型被用于实现PEEK在多种摩擦工况下的仿真与预测模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,说明提出的磨损模型与数值模拟方法的合理性,适用于PEEK在复杂接触条件下的磨损预测。     

随机短纤维增强复合材料弹性性能数值模拟

能够准确地预测短纤维增强复合材料(SFRP)的等效弹性性能对于实际应用具有重要意义,为了获得SFRP的等效弹性性能,通常采用有限元的方法对SFRP的代表体积单元(RVE)进行均匀化。在本研究中,首先采用随机序列吸附算法数值生成了SFRP的RVE模型,为了实现单胞模型的自由网格划分,选择对单胞模型施加了一般性周期边界条件,得到了SFRP的RVE模型的等效弹性参数。探究了短纤维体积分数对SFRP的等效弹性模量的影响并与Halpin-Tsai方程计算的结果进行了验证,结果表明预测的杨氏模量的的误差很小。通过施加一般性周期性边界条件,可准确的预测出SFRP的等效弹性常数。     

短纤维复合材料注射成型纤维取向数值模拟研究进展

综述了国内外短纤维复合材料注射成型过程中纤维取向数值模拟的研究成果,包括纤维取向的描述、复合体系流变模型、工艺参数对纤维取向的影响和纤维取向数值模拟状况.展望了该领域的发展趋势.     

聚醚醚酮纤维的结构与性能

采用熔融纺丝法制得聚醚醚酮(PEEK)纤维,研究了纤维的结构与性能。结果表明:PEEK纤维纵向表面比较光滑,附着少量凝胶粒子,纤维断面近似圆形,内部致密无空洞;PEEK纤维经过热拉伸定型处理后,纤维结晶度和取向度提高,纤维聚集态结构更加完善稳定;其断裂强度大于3.5 cN/dtex,断裂伸长率为30%,干热收缩率为2%;PEEK纤维在300℃下连续使用7 d后,纤维的强度保留率大于70%;紫外光辐照6d后,其强度保留率为56.45%;PEEK纤维对化学溶剂具有很好的耐腐蚀性能。     

聚苯胺／聚乙烯醇复合材料结构分析

复合技术是一种有效提高聚苯胺综合性能的方法.采用原位聚合法制备了溶解性较好的聚苯胺/聚乙烯醇复合材料.通过扫描电镜分析重点研究了聚苯胺/聚乙烯醇复合材料的结构.结果表明:聚苯胺能够在聚乙烯醇基体上均匀的聚合,且结构致密.     

复合材料格栅结构扁球壳的外压稳定性分析

采用有限元法分析均布外压作用下复合材料扁球壳结构的屈曲和后屈曲行为,讨论了铺层顺序等对屈曲及后屈曲行为的影响,在此基础上提出扁球壳体的格栅加筋方案并进行优化设计。结果表明,该格栅加筋方案可有效提高此类结构的抗屈曲能力,可供飞机结构中复合材料后压力框等类似部件的设计参考。     

基于细观结构的GFRP筋拉伸试验分析

对不同基体的长纤维复合材料(GFRP)筋开展拉伸强度试验,借助SEM观察筋体各阶段受力下的细观结构,得到关于拉伸性能作用的结论。实验可知,乙烯基GFRP筋与不饱和聚酯基GFRP筋相比具有更优的材料复合结构和界面,乙烯基筋体裂纹扩展的受荷强度比不饱和聚酯基筋高;GFRP筋在荷载作用下先是基体材料的裂纹扩展或者少数纤维的断裂,随着基体达到极限强度,裂纹开始由局部扩展至较大范围,直到筋体表面;在荷载强度达到破坏荷载的80%以上时,筋体细观结构表现出纤维与基体明显的剥离,筋体破坏与纤维和基体之间的剥离有较紧密的关系。     

C/E复合材料网格结构的稳定性分析

建立了网格结构的轴压有限元模型；利用ANSYS的APDL语言编写了网格结构稳定性分析的优化分析程序，并利用该程序分析了网格形状、筋截面形状对网格结构稳定性的影响；结果表明：网格形状为正三角形时，网格结构的稳定性最好；对于正三角形圆柱网格结构，在筋截面面积一定的条件下，筋截面高宽比为3：2时网格结构的稳定性最好。     

淀粉-PLA复合材料拉伸性能的数值模拟

针对淀粉-PLA复合材料的微观结构,建立了球形粒子填充的简单立方体模型的八分之一胞体模型,并使用有限元方法有效地模拟了低质量分数时淀粉-PLA复合材料的拉伸强度。结果表明:在低质量分数时,模拟值与实验值的误差相差较小。此外,还对不同质量分数的淀粉-PLA复合材料弹性模量进行了有限元预测,并探究了塑化淀粉的强度和界面性质对复合材料拉伸性能的影响。     

短纤维对橡胶发泡复合材料增强机理的细观分析

分别制备未增强的橡胶发泡体、未处理短纤维增强的橡胶发泡体和预处理短纤维增强的橡胶发泡体,考察气体泡孔和短纤维在橡胶发泡复合体中的微观形态,细观分析短纤维对橡胶发泡复合材料拉伸行为和压缩行为过程各阶段的增强机理。结果表明:气体泡孔在3种发泡复合材料基体中分布均匀,模压工艺使得短纤维在基体中呈现为平面分布,未处理短纤维周围有气泡包围,而预处理短纤维与橡胶间粘合良好;短纤维能有效地提高发泡复合材料在初始阶段的拉伸模量和100%定伸应力,特别是预处理短纤维表面与橡胶之间具有良好的粘合,有利于传递应力,限制橡胶基体的变形,而对拉伸强度却影响不大。在压缩弹性阶段,由于主要承载的泡壁中纤维呈平面取向,短纤维对压缩模量影响不大,但能有效地限制橡胶发泡复合材料在后屈曲阶段的压缩变形,提高其在高应变下的压缩强度,预处理短纤维增强效果明显高于未处理短纤维。     

插接式复合材料单杆塔有限元分析

以某法兰式复合材料单杆塔工程为背景,在相同设计条件下设计了插接式复合材料单杆塔,并利用有限元软件ANSYS对其在三个典型工况下的应力、挠度和结构稳定性进行了计算分析。结果显示插接部位环向应力过大,且为结构的薄弱位置。对插接部位提出的两种补强方案进行了计算分析,结果表明对内插管采用钢内衬补强的效果比较明显。文章最后对插接式单杆塔进行了抗扭设计,提出了胶接和螺栓配合的方式防止扭转。     

复合材料结构耐撞性能的数值模拟研究

本文研究了复合材料结构耐撞性能数值模拟的策略和方法,包括接触-碰撞有限元理论、复合材料层板缓冲吸能模型和薄弱单元,并在DYNA3D(研究版)软件中加入了复合材料板缓冲吸能模块.采用改进后的程序对波纹梁盒段的坠毁过程进行了数值模拟,并将正面坠毁的数值模拟结果与试验结果进行了比较.结果表明本文采用的理论和有限元模型是合理可行的,同时还对波纹梁盒段斜碰撞的情况进行了数值模拟.本文所提出的方法为复合材料结构的耐撞性设计分析提供了一种有效的工具.     

基于ABAQUS的水力压裂数值模拟

煤层气井的煤岩水力致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程,通过abaqus中的soil模块,采用cohesive单元并结合现场实测数据建立了煤岩水力压裂三维裂缝扩展和起裂模型。使用最大正应力准则作为裂缝起裂准则,引入无量纲因子D作为裂缝的扩展准则,考虑了压裂液在cohesive单元中的切向以及上下表面的流动并给出了相应的流体方程。数值模拟结果表明:裂缝的最宽处在裂缝的中部,裂缝宽度沿着缝高上下减小,横截面为椭圆形,这一裂缝形态与经典压裂模型PKN模型基本一致;沿着缝长方向上,孔隙压力几乎不变,垂直裂缝方向上有着较大的孔隙压力梯度;裂缝在扩展初期裂缝宽度和高度迅速增大;在裂缝扩展初期,裂缝只会在目标层中扩展,在缝高保持不变缝长延伸到一定程度时,缝高开始变化,突破上下隔层,不利于缝高的控制以及压裂效果的改善。     

基于细观力学的短纤维增强复合材料断裂性能数值研究

基于细观力学,采用虚拟裂纹扩展结合有限元法计算了短纤维增强复合材料纤维端部不同方向裂纹的应变能释放率,研究了网格尺寸对应变能释放率计算结果的影响,并分析应变能释放率随裂纹长度,纤维的长度、半径和含量的变化关系。研究表明:网格尺寸对应变能释放率的计算结果影响小;不同区域的裂纹,其应变能释放率受裂纹长度的影响不同;应变能释放率随裂纹扩展方向变化曲线呈对称特点,其中滑移型裂纹的扩展阻力较小;应变能释放率随着纤维长度、半径和含量的增大而增大。     

连续纤维复合材料微观结构的量化分析

本文通过对连续纤维复合材料微观图像的量化分析,获取其二阶密度函数K(r),并以K(r)为主要函数建立目标函数,利用m atlab的遗传优化工具箱得出代表体单元。得出的代表体单元在力学性能上基本反映了原微观结构的力学性能。     

复合材料薄壁结构老化性能研究

本文主要研究了复合材料薄壁结构的耐老化性能,用加速老化的试验方法预测了薄壁结构的老化性能和老化寿命。重点考虑了温度、湿度和光照的变化对薄壁结构性能造成的影响和变化趋势。     

基于 ANSYS 的新型复合材料检查井结构分析

介绍了一种新型的玻璃钢检查井结构,即将检查井井体设计为波纹段和直管段相结合的形式,基于ANSYS对该检查井结构采用井土接触模型进行了强度、刚度、稳定性的有限元分析。研究结果表明:该结构形式的检查井能够满足强度、刚度、稳定性要求。     

MgAlON系复合材料的热震稳定性分析

研究了不同骨料、不同基质及不同热震冷却方法对MgAlON系复合材料热震稳定性的影响.实验原料为骨料、基质料、结合剂(糊精),压制成型后1500℃高温氮化烧成.先测定烧成后试样的抗折强度;然后将试样1000℃埋碳处理后降至室温风冷循环三次,测其抗折强度;再将试件加热保温到设定温度后立即取出,放入循环水中进行水冷后测定其抗折强度σf;并计算热震前后试样残余强度保持率;利用SEM观察试样热震后的显微结构特征.实验研究表明:MgO-MgAl2 O4-MgAlON系复合材料的临界热震温差ΔTC为400℃;热震后MgAl2 O4-MgAlON复合材料的残余强度保持率较高,MgAlON弥散于基质材料中,起到了原位自补强作用;同种骨料的试样相比,氧化铝基试样热震后的残余强度保持率相对较高.