累积损伤方法估算复合材料多钉连接强度

建立了分析复合材料多钉连接结构的三维有限元模型,针对多钉连接计算过程中接触状态非线性和累积损伤过程非线性造成的计算成本大和难收敛的问题,本文提出利用显式算法对多钉连接件的拉伸过程进行求解,分析多钉连接件在拉力载荷作用下的损伤演化过程,实现了对复合材料层合板机械连接结构整个承载过程的数值仿真模拟,同时进行了复合材料层合板多钉连接件的双剪拉伸试验。对比数值计算与试验结果发现,利用子程序结合显式算法计算得到的复合材料多钉连接强度值与试验相比,误差最大不超过7%。     

复合材料多钉连接结构自动建模与钉载分析技术研究

采用壳单元模拟相连接的板,梁单元模拟螺栓,并用PATRAN中的Gap单元与MPC多点约束实现板与螺栓的接触与相互约束,较好地模拟了复合材料多钉搭接板结构在外载荷作用下的翘曲变形。经验证,该模型能较精确地预测单搭接和双搭接结构的钉载分配比例。基于此二维模型,针对多钉连接结构的几何特点,建立起一套具有共性的网格划分策略。编写基于PCL语言的参数化建模程序,读取数据库文件中的参数数值,可自动、快速地建立该类型结构的有限元模型,实现钉载计算的快速有效分析。     

层合板多钉连接载荷分配均匀化方法

对不同钉孔配合下复合材料与金属铝板多钉双搭接的载荷分配进行计算,结果表明,通过在大载荷孔上采取间隙配合及小载荷孔上施加干涉配合的方法可显著影响多钉连接载荷分配,使得各钉载荷趋于均匀.     

基于连续损伤模型的层合板多钉连接结构失效分析

为了对复合材料多钉结构进行失效分析,本文应用复合材料连续损伤模型以及螺栓Joshon-Cook塑性力学模型,模拟复合材料单搭接多钉连接结构的失效模式,在验证方法有效性的基础上,分析了间隙配合的选取对连接结构的影响。研究发现,间隙配合对结构的失效模式、载荷响应影响并不明显,但会加剧结构的次弯曲效应;提出的模型能够准确预测连接结构的位移载荷响应以及极限失效载荷。     

复合材料螺栓连接的强度预测与失效分析研究

采用APDL二次开发语言,建立了多层复合材料层合板螺栓连接的三维有限元模型,应用牛顿-拉普森非线性迭代算法,对多层复合材料层合板的螺栓连接模型的失效分析进行了研究,并对其最终失效进行了预测。分析计算得出层合板的铺层顺序不同,几何尺寸不同,螺栓连接结构的失效形式就不相同。在一定的程度上,采用合理的铺层顺序,可以优化载荷分配,提高连接效率。     

温度对复材与金属混合结构钉载分配的影响

层合板复材与金属连接混合结构已经大量应用于飞机机身和机翼的设计之中。连接部位往往是结构最危险部位,如何提高连接部位的安全性已经成为飞机设计人员关切的主要问题之一。鉴于此,以承受拉伸载荷的层合板和铝合金连接结构为研究对象,针对五螺栓单剪搭接及双剪对接结构模型,同时考虑温度载荷、数值仿真温度对复材与金属混合结构钉载分配的影响。仿真结果表明:复材与铝合金混合结构钉载分配呈U形分布,中部低,两侧高;温度载荷对两侧钉载分配影响较大。分析结果对复材与金属搭接设计具有一定的参考意义。     

复合材料两钉斜削搭接接头钉载分配与连接强度研究

针对复合材料层合板与斜削金属材料板双搭两钉连接接头,基于有限元分析软件ANSYS技术平台,对7种不同几何参数的连接接头钉载比例进行计算分析,探讨螺栓直径配置及金属板厚度对钉载分配的影响。结果表明,降低靠近层合板加载端螺栓直径有助于改善钉载分配,而提高或降低远离加载端的螺栓直径均无益改善钉载分配,降低接头金属连接板非斜削端厚度有助于优化钉载分配;另对上述接头中等直径螺栓连接的斜削形式和等厚度搭接形式接头进行的损伤累积仿真模拟及静拉伸极限强度计算表明,斜削搭接形式下层合板各角度铺层初始损伤载荷及接头整体最终失效载荷值均高于等厚度搭接,且计算发现,在极限载荷水平下,斜削接头持续保持较等厚度搭接接头钉载分配方面的优势,得出其连接强度的提高与它载荷分配优势从加载初持续到最终失效是分不开的结论。     

民用飞机典型连接非规则结构的紧固件钉载分布研究

根据计算简单、规则的单剪连接结构钉载分布的解析法,基于工程公式,给出了不同紧固件直径、钉间距、板宽、板厚下的柔度系数,建立了各相邻紧固件间的变形协调方程,结合力的平衡条件,给出了不同紧固件直径、钉间距、板宽、板厚下的钉载分布计算方程组,拓展了解析法的适用范围;基于有限元法,在有限元软件中建立了计算钉载的有限元模型,将有限元法与解析法的计算结果进行对比,验证了解析法在计算板宽、板厚、钉直径、钉间距非恒定时的典型连接结构钉载分布的有效性。     

复合材料厚板单钉螺栓连接强度研究

在Abaqus有限元软件中,建立复合材料层合板单钉单剪螺栓连接结构的三维有限元模型,引入三维Hashin准则作为失效判据,同时考虑拧紧力矩因素,分别采用分区退化方案和整体退化方案对不同厚度层合板单钉单剪螺栓连接结构的失效过程和连接强度进行分析预测。计算结果与试验结果的对比表明:普通退化方案得到的位移载荷曲线折减不够,且最终不能下降,采用分区退化模型的计算结果较为准确;随着板厚的增加,螺栓连接强度呈下降趋势,且下降速度由快变慢,即随着层合板厚度的增加,结构承载能力的提升程度减小;合适的拧紧力矩可以增大结构的极限强度,过大的拧紧力矩不利于结构的承载。     

飞机桁条-蒙皮连接结构的接触应力研究

飞机结构是由零部件通过铆接、螺接、胶接和焊接连接而组成的。连接区域应力分布情况及应力水平的研究对飞机结构的强度校核及连接区的失效破坏形式的预判有着重要的意义。基于非线性接触力学理论,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件对机翼结构中复合材料桁条-蒙皮连接结构进行了研究。研究内容包括:各排钉孔的最大等效应力和钉传载荷的分布情况;对飞机桁条-蒙皮的两种连接方式,基于非线性接触理论,分别建立了桁条-蒙皮的螺接连接结构和胶-螺混合连接结构,对比了两种结构的等效应力水平大小与分布。得出以下结论:板间厚度比对孔周接触域的应力集中系数和应力分布的影响较大;处于外侧两排铆钉孔传递较大的钉传载荷,中间排的铆钉孔的钉传载荷较小;不同的连接形式对孔周应力水平影响较大。     

基于PSPICE的热释电红外线探测器设计

本文介绍了热释电红外探测器的结构及工作原理，由热释电效应推导出了热释电电流及热释电电压响应表达式，利用仿真软件PSPICE分析了热释电探测器等效电路模型，该模型是使用PSPICE的ABM功能中的微分器和压控电流源等电路元件来建立等效模型。本文最后在红外专用芯片BISS0001不可重复触发工作方式下给出了热释电红外探测器电路，模拟结果与实验数据基本一致。根据该模型选取适当的参数，可以设计不同的红外探测器实用电路，为红外探测器电路设计提供了新的思路。     

基于双PWM的兆瓦级风电机组并网控制策略的研究

针对兆瓦级永磁同步发电机组并网的控制要求,根据三相电压型PWM整流器开关函数的数学模型,本文提出了基于背靠背双PWM变流器的风力发电机组的并网控制策略,建立了该策略的等效电路模型,并重点研究了基于直接电流控制双闭环级联结构的三相电压型PWM整流器的控制策略。通过对该并网控制策略的等效电路进行仿真分析,网侧输出的三相交流相电流的总谐波畸变率仅为3.64%,电流波形正弦度良好,验证了该并网控制策略的可行性。     

螺旋压力机闭式框架结构的纵向变形研究

研究了平面闭式框架结构的力学模型。以分布载荷特征来模拟上、下横梁实际的载荷分布更为接近真实情况。依据能量法及卡氏定理,推导出了平面闭式框架系统的纵向变形计算公式。应用这些方程可分别计算弹性变形量、上横梁及下横梁的挠度、剪切变形量及立柱伸长变形量。而更准确的计算框架系统的纵向弹性变形量和变形比,对确定框架系统的刚度是非常重要的。笔者给出了框架系统纵向弹性变形量及变形能的计算公式。使用自制的位移传感器和压力传感器测量了J53-300螺旋压力机框架结构的变形并与理论计算值进行比较,发现最大误差不大于6.4%。     

基于电路网络分析的运动链同构判定

应用电路分析中的基尔霍夫定律和电路网络分析方法来判断运动链的同构。首先建立了运动链的等效电路模型 ,将运动链的拓扑结构关系等效为电路网络的拓扑约束关系。然后应用电路定律和电路网络分析的支路电流法进行分析 ,得出了基于电路网络分析的运动链同构判定依据 ,最后结合实例说明了运动链的同构判定方法。该方法简单、可靠、操作简便 ,是一种新颖的运动链同构判定方法     

迟滞非线性振荡压实系统动态响应分析

分析了振荡压实中材料发生弹塑性变形而表现出的迟滞非线性,建立了一种新的振荡压实非线性动力学模型。在一次近似的前提下,利用等效线性化方法,将迟滞恢复力转化为等效刚度和等效阻尼表示,根据谐波平衡原则求出了单自由度振荡压实系统的频响方程。数值求解表明,随着激励幅度的增大系统出现软化趋势,共振点随激励变化而漂移。将等效线性化的结果推广到二自由度振荡压实系统,得到了频响方程组。     

Soft EHL for transversely isotropic materials

The elastohydrodynamic lubrication (EHL) characteristics of transversely isotropic materials are investigated. A finite element method (FEM) is utilized to solve the Reynolds equation, elastic equation, and load balance equation simultaneously on a ball-on-plane equivalent model. A simplified problem related to cornea and contact lens during blinking is studied. The pressure and oil film thickness distributions, surface deformation, and friction coefficient are discussed for various material properties (Young's modulus) and operating conditions (sliding velocity and load). Results reveal that the effects of soft transversely isotropic materials on lubricating performances are significant, which are helpful to further investigate the biomechanical interactions between a keratoconic cornea and a lens during blinking.     

光伏组件变形对组件性能的影响研究

光伏组件在机械载荷作用下,其中的太阳能电池层压板将产生不同程度的变形.利用有限元软件ANSYS对其进行分析,并结合组件试验测试进行对比.结果表明:在采用给出的组件尺寸数据条件下,承受IEC61215标准规定的5 400 Pa机械静态载荷,组件变形将不会导致组件内部产生电池片隐裂、裂片等性能问题.了解这种变形规律,对组件生产厂家通过组件IEC产品认证机械载荷试验及组件在户外使用时,保证组件在风、积雪和覆冰的复杂气候条件作用下,能够长期正常工作具有一定的指导作用.     

Detection of stator winding faults in induction motors using three-phase current monitoring

The objective of this paper is to propose a new method for the detection of inter-turn short circuits in the stator windings of induction motors. In the previous reported methods, the supply voltage unbalance was the major difficulty, and this was solved mostly based on the sequence component impedance or current which are difficult to implement. Some other methods essentially are included in the offline methods. The proposed method is based on the motor current signature analysis and utilizes three phase current spectra to overcome the mentioned problem. Simulation results indicate that under healthy conditions, the rotor slot harmonics have the same magnitude in three phase currents, while under even 1 turn (0.3%) short circuit condition they differ from each other. Although the magnitude of these harmonics depends on the level of unbalanced voltage, they have the same magnitude in three phases in these conditions. Experiments performed under various load, fault, and supply voltage conditions validate the simulation results and demonstrate the effectiveness of the proposed technique. It is shown that the detection of resistive slight short circuits, without sensitivity to supply voltage unbalance is possible.     

切向载荷下螺栓结合部静特性分析及试验

为了准确理解螺栓结合部静态特性,基于结合面基础特性建立了螺栓单元结合面解析数学模型,提出了一种等效分步载荷解析算法,可以实现在结合部承受切向载荷时,无需考虑载荷间耦合关系就能对结合部力平衡非线性隐含积分方程组进行快速准确求解。采用自行设计的螺栓结合部切向加载装置进行了结合部扭转和剪切加载试验。试验与解析结果均表明,在切向载荷不超过最大静摩擦力的情况下,螺栓结合面切向变形与外载荷成线性关系。解析与试验结果的一致性验证了模型的正确性,为机械结合面静态特性分析提供了理论和试验支持,求解算法可方便地将结合面研究成果应用于工程实践。     

电-力耦合作用下Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点的拉伸力学性能和断裂行为

对比研究三明治结构线形Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点在拉伸、电-拉伸和电迁移后电-拉伸三种加载模式下的力学行为和断裂特性,并基于电流引发的焦耳热效应和电迁移效应,从电流对原子和空位扩散、空位浓度及位错滑移与攀移的影响等方面,探讨电-力耦合载荷对焊点拉伸断裂行为的影响。结果表明,焊点在电-拉伸时应力-应变曲线呈现快速变形、线性变形和加速断裂三阶段,其中快速变形阶段是以焦耳热引起的热弹性变形为主,而拉伸和电迁移后电-拉伸时应力-应变曲线只存在线性变形和加速断裂阶段;电迁移后电-拉伸时焊点断裂强度和断裂应变最小而等效模量最大,拉伸加载时焊点断裂强度和断裂应变最大而等效模量最小;电-拉伸时β-Sn相趋于沿电、力加载方向排列;三种加载模式下焊点断裂均发生在钎料体内,呈韧性断裂。