积分方程求解复合材料开口板的应力分布

开口结构在各种结构中所占比例非常大,因此对其强度分析具有重要的意义。复合材料开口结构的应力集中系数要明显高于均质材料,应力状态取决于材料的非均质度、孔口几何形状及荷载大小。本文根据非均质各向异性弹性理论,对含椭圆孔的正交各向异性板的孔边进行应力分析,提出了积分方程法求解方案。这里,平面的应力场是借助于保角映射的方法通过复变应力函数得到的。按所建立的数学模型对含有椭圆孔型的复合材料板进行应力分析,针对不同荷载状况和它们对孔边应力集中系数的影响进行探讨。     

复合材料板孔边应力场的有限元分析

根据复变函数理论引入保角变换,得到描述所研究孔形的参数方程。由此建立精确的边界条件。并在ANSYS中选择相适应的单元建立有限元计算模型,对含圆孔的复合材料板进行分析,得到了孔边应力场的数值解,给出孔边应力分布和板的变形。计算结果表明,板的变形是沿力的方向均匀伸长,且孔口形状在外力作用下由圆变成了类似椭圆的形状。在板的应力结果中,x方向应力集中现象明显,最大拉应力出现在0°和180°的地方,最大压应力出现在90°和270°的地方;y方向应力分布中,孔边有比较明显的应力集中现象,在受载过程中存在危险点;在xy方向应力分布中,孔边偏离轴心处应力集中现象比较明显。为了检验有限元计算结果的正确性,本文用解析方法对上述问题进行比较。     

复合材料开口有限元建模方法研究

复合材料开口会引起应力集中,导致孔边应力梯度较大。在开展数值分析时,有限元网格尺寸对孔边应力计算精度影响较大。为获得高精确性的数值结果,提高计算效率,本文通过开展复合材料开口层压板在单轴和双轴两种载荷状态下孔边应力应变分析,研究在不同载荷状态、开口尺寸及铺层比例下,有限元网格尺寸与数值计算精度的关系,为复合材料开口层合板的有限元建模提供方法依据。     

复合材料机械连接强度分析研究

针对目前高强度中模量复合材料层压板机械连接强度影响因素相关方面研究的不足,基于T800级碳纤维增强复合材料机械连接单钉单剪试验,对其孔边应力的分布以及机械连接的挤压强度,展开机械连接单钉单剪试样宽径比(试样宽度与钉孔直径之比)对连接件孔边应力分布及承载强度的影响规律的分析研究。通过基于ABAQUS的数值仿真模拟分析,对宽径比为4～8五种类型的单钉单剪机械连接件在拉伸载荷作用下孔边应力分布以及挤压强度进行了模拟对比。结果表明,复合材料单钉单剪机械连接的孔边应力分布受宽直比的影响很小,但连接强度受宽径比影响较为明显。     

含复杂孔形复合材料板孔边应力场的数值分析

孔的存在对于结构强度有相当大的影响。对于复杂孔形孔边边界条件的描述在数学上有一定的难度。边界条件建立的不够准确会给后续的计算带来很大误差。本文通过复变函数理论建立复杂孔形精确的边界条件,提高有限元建模的精度。对含机翼检修孔的正交各向异性板在外荷载作用下进行计算,得到孔边应力场的数值解。给出孔边应力分布和板的变形。     

一种失效准则在面外载荷下含孔层合板的应用

开孔和面外弯曲会引起层合板局部应力过高,导致局部基体开裂、纤维断裂以及层间分层等失效模式。本文采用解析法和有限元法相结合的方法,对开孔无限大层合板的孔边应力进行研究。基于经典层合板理论和复变函数理论对复合材料平板在面外载荷作用下进行孔边应力分析,通过保角变换,解决应力函数在复杂孔形边界上的问题;引入Puck和Yamada-Sun混合强度失效准则,对层合板刚度进行迭代,研究了带孔复合材料平板孔边真实应力应变分布,并与有限元结果进行了对比,吻合较好。本文工作以期能对开孔层合板的失效预测提供指导。     

中心带圆孔的正交异性FRP板孔边应力应变分析

本文首先针对正交异性FRP板,在二维弹性问题的有限元分析中,建立了三角形板元素刚度矩阵。之后,就中心带圆孔的正交异性FRP板,在单向拉伸载荷与材料主轴方向成不同角度情况下,进行了实际的孔边应力应变有限元分析与应变测量。对于孔边的应力集中系数,由有限元分析计算结果与无限正交异性平板解析解的比较,可知,无限平板的结果在一定程度上可用于有限宽板中。     

复合材料层合板孔边应力场的有限元计算

纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚度和比模量,在航空航天领域得到越来越广泛的应用.层合板是当前复合材料在工程结构中应用的主要形式.对于含孔的层合板结构,由于材料的各向异性以及孔的影响,其应力分布比较复杂,采用数值解是较好的选择.本文基于层合板的可设计性特点,综合考虑铺层角度、铺层顺序等对层合结构的影响,设计出了一种二十四层对称层合板.以有限元方法为基础,借助ANSYS分析工具,对该层合板含孔结构的孔边应力重点分析,得出了不同铺层角度铺层中应力分布的云图和孔边应力分布曲线.本文结论对复合材料层合板优化设计和带孔层合结构的应力计算具有较好的参考价值.     

残余热应力对复合材料修理金属裂纹板影响分析

本文建立了复合材料胶接修理金属裂纹板的三板有限元模型;采用分析金属裂纹板裂纹尖端应力强度因子的方法,分析了残余热应力对复合材料修理金属裂纹板修理效果的影响。结果表明,残余热应力对单面修理结构的影响小于双面修理结构。残余热应力对单面修理结构的影响由于裂纹板宽度比值不同而不同。补片与母板的热膨胀系数相差越大,残余热应力对修补效果影响越大。     

基于近场动力学方法的含缺陷板Ⅰ型应力强度因子计算

针对含多缺陷板脆性断裂问题,引入非局部近场动力学理论,结合J积分计算含缺陷板Ⅰ型应力强度因子。通过含Ⅰ型单裂纹脆性板以及系列含等长双裂纹板的应力强度因子计算,验证该方法的可行性和计算精度。进一步应用于含不等长双裂纹、含孔及孔边裂纹脆性板的应力强度因子计算,验证了该方法对于计算含复杂缺陷板Ⅰ型应力强度因子的适用性,并分析了裂纹位置和长度及孔径等多缺陷板裂尖应力强度因子的影响。     

Fatigue life prediction method for central hole of needled ceramic matrix composite

Based on the consideration of matrix porosity and representative volume element of needled structure, the macroscopic elastic constants of needled C/SiC ceramic matrix composite and the stress concentration factor of the hole-edge were calculated by the finite element method first. Then, based on the fatigue test data of the smooth and central hole specimens, the fatigue notch factors corresponding to different stress levels were obtained. In view of the different characteristics of the fatigue notch factor obtained under different limit lives, the relationship between the fatigue notch and stress concentration factors was established, and the influence of nominal stress on the fatigue notch factor was also considered. Based on this, a fatigue life prediction method for central hole of needled C/SiC composite was proposed. The proposed method can predict the fatigue life of central hole by using the S–N curve of smooth specimen and the stress concentration factor of central hole specimen. The comparison between predicted and experimental lives showed that the proposed method can better predict the fatigue life of central hole specimen for needled C/SiC composite.     

复合材料补片尺寸和形状对铝板修补结构lamb波传播影响

借助于ANSYS软件建立包含铝板、复合材料层合板补片、胶层和压电陶瓷片(PZT)的压电和逆压电效应的模型,实现在结构中激励和接收lamb波信号,并以试验验证模型的正确性。利用损伤对结构中lamb波传播特性的影响,对复合材料补片修补后的金属损伤结构的损伤检测进行数值模拟研究,研究不同补片尺寸及形状修补8 mm孔对lamb波损伤检测的影响。结果表明,圆形、方形、菱形补片的仿真模拟结果显示不同的形状对A0和S0波包的影响差异较大,不同尺寸的菱形补片也对A0和S0波包有较大差异。     

Two-Dimensional Thermal Stress Analysis in Adhesive Butt Joints Containing Hole Defects and Rigid Fillers in Adhesive Under Non-Uniform Temperature Field

This study is concerned with the thermal stress analysis of an adhesive butt joint which contains circular holes and rigid fillers in an adhesive and is under a non-uniform temperature field. In the analysis, the adherends are assumed to be rigid and the adhesive is replaced with a finite strip having holes and rigid fillers in it and the thermal stress distribution in the adhesive is analyzed using a two-dimensional theory of elasticity. The effects of size and location of the circular holes and rigid fillers on the stress distributions at the interface and at the hole and filler peripheries are clarified by numerical calculations. For verification, photoelastic experiments were performed using an epoxide resin plate with small holes and fillers in it, to model and adhesive in the joint. The analytical results are fairly consistent with the experimental ones.     

新型复合式内部能量集成的精馏塔的机械设计与水力学模拟

基于HIDiC的理论和Aspen 模拟的结果,建立了新型内部能量集成的精馏塔的塔节结构,对筛孔式结构的复合HIDiC塔节做了CFD模拟,探索了不同参数下的水力学性能,优化了新型复合塔节的结构。结果表明：对于筛孔式复合塔节,减小塔板孔径,降低出口堰高有利于提高传质和传热效果。利用SolidWorks软件针对温度与压力下的双重效应做了静应力分析,通过HIDiC理论,模型构建,水力学模拟相互验证,将HIDiC逐板换热的理论与实际模型完美结合。     

椭圆形管孔管板应力强度的有限元分析

为比较管板在不同形式管孔下的应力强度,分别在UG中建立了八分之一模型,即圆形开孔和椭圆形开孔的管板结构。在ANSYS中进行温度场和应力场的的分析。对计算结果进行分析,结果表明在本文计算工况下,圆形开孔的管板应力值与椭圆形开孔的管板应力值相比,其值很大且分布很不均匀,在管板中心布管区域的应力比较大,出现应力集中。而椭圆形开孔的管板,应力值普遍较低,应力的分布比较均匀。目前,所有的标准均是针对圆管的,这样的结果为工程实际应用提供了依据。     

基于应力和变形值最小的复合材料含孔板孔形参数有限元优化

本文基于对复合材料孔板主承力接触区的有限元强度分析结果,利用APDL参数化有限元分析技术,以孔板第一主应力S1和X方向上的变形UX的最大值作为目标函数,对孔形参数进行优化。设计出基于应力和变形最小的开口形状,并得出了孔形参数与应力、变形之间的相互关系。     

The influence of different circular hole perforations on interlaminar shear strength of a novel fiber metal laminates

This study characterizes surface treated classic type fiber metal laminates (FMLs) interlaminar shear strength (ILSS) based on a glass mat reinforced polyphenylene sulphide composite and an aluminum alloy. The effect of concentration of γ‐glycidoxypropyltrimethoxysilane surface treatment on ILSS of adhesive bonding between aluminum sheet and composite laminates has been investigated. After determining the silane concentration, novel FML material is manufactured using a compression moulding process which involves aluminum sheets with different circular hole perforations (Array type A and B) with two circular hole diameters (ϕ3 and ϕ5 mm) and two total hole area/closed area: 0.05 and 0.06) to develop mechanical interlocking between aluminum layers and composite laminates. Tensile tests are performed to investigate the effect of different circular hole perforations on ILSS properties of FMLs. Test results show that ILSS is improved with increasing the circular hole diameter and decreased with the number of holes as correlated with undrilled FMLs. Failure modes, damage initiation, and progression of FMLs with different open hole perforations are determined with optical microscope. POLYM. COMPOS., 37:963–973, 2016. © 2014 Society of Plastics Engineers     

复合材料层合板低速冲击承载能力的细观力学有限元模型

将复合材料细观力学桥联模型与有限元软件ABAQUS结合,用于分析层合板受低速冲击作用的极限承载能力.通过确定组分材料是否破坏来判断单层板是否破坏,对破坏后的单层实施一种常系数刚度衰减.将细观力学本构模型、针对组分材料的破坏判据以及刚度衰减模式编制成用户子程序VUMAT,为ABAQUS求解层合板的极限冲击响应提供一种自定义材料模型.只需要输入纤维和基体的材料参数、纤维体积含量等有限数据并且无须单层板的实验数据,就能顺利实施复合材料层合板结构的冲击承载能力分析.所计算的层合板的挠度-时间曲线以及横向冲击力-时间曲线与实验值吻合良好,说明本文的方法是有效的.