复合材料圆角面外受载仿真计算研究

采用有限元方法,计算复合材料圆角面外受载的应力分布,预测圆角区的分层载荷、部位与破坏载荷,研究不同铺设方式对圆角区应力分布的影响,并针对工程实际中圆角经常出现的制造缺陷,如分层和富树脂,研究了制造缺陷对复合材料圆角应力分布的影响。结果表明,采用三维体元的有限元建模方法对圆角区的分层载荷、部位和破坏载荷的预测可靠,可用于工程实际。     

复合材料结构有限元应力分析

本文提出了一种可对复合材料结构进行应力分析的方法。 我们根据复合材料结构,尤其是翼面结构的实际情况,选取了复合材料等轴力杆元、受剪梯形板元及平面应力三角形板元三种元素。文中详细推导了三种元素的刚度矩阵,并给出了相应的应力计算公式。此外,文中还选取HiLL—TSai判据,计算复合材料结构件的剩余强度。 据此方法,我们编制了复合材料应力分析程序FEMV,程序编制后,进行了一系列的考核,除与国外有关文献对比外,还与试验结果进行了对比,考核表明FEMV程序的计算结果与文献及试验结果十分吻合。 FEMV程序已用于复合材料垂尾结构应力分析。     

复合材料双搭接接头拉伸强度研究

对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究,结果表明接头的破坏模式是胶层剪切破坏,并且接头的极限强度随胶层厚度的增加而增大。在此基础上建立解析模型对复合材料双搭接接头胶层剪切破坏进行研究,模型中考虑了复合材料层板单层的各向异性及胶层的理想弹塑性材料属性,通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了解析模型在计算胶层剪切应变/应力分布时的有效性。解析模型使用最大剪切应变准则计算接头的极限拉伸强度,计算得到的接头极限强度与试验结果吻合良好。     

纤维增强复合材料结构有限元分析方法

本文以强5机的复合材料垂直安定面为工程实例,论述了复合材料结构应用有限元分析的基本方法与步骤,分别介绍了有关元素的刚度特性,并利用计算程序对碳纤维复合材料垂直安定面结构进行了位移,应力计算。计算结果与试验结果吻合。     

复合材料梁圆角区层间应力计算分析方法

<正>由于复合材料优秀的力学性能和减重效果,飞机中越来越多的结构尝试采用复合材料。但复合材料的层间性能薄弱导致厚度方向强度较低,特别是对于具有大曲率的构件,厚度方向可能具有很高的应力水平,典型的结构就是梁圆角区,因此设计中需要对这些区域的应力水平及失效情况进行分析以确定其安全性。本文旨在建立一种能够快速计算圆角区应力,判断其     

层压复合材料连接接头设计及其在大飞机中的应用研究

 复合材料主承力接头的设计制造技术对拓宽复合材料在飞机结构上的应用范围,进一步减轻结构重量、提高疲劳性能和降低制造成本具有重要工程使用价值和发展应用前景。开展了平面环绕型层压板式复合材料承力接头的设计、分析与试验研究工作。提出了工程设计方案,通过理论推导,建立了环形接头危险部位的强度解析表达式并预测了具体接头设计的承载能力,同时完成了平面环绕型层压板复合材料接头的静力试验,试验结果与理论预测吻合良好。     

C/SiC复合材料液相渗透连接应力的数值模拟与验证

采用有限元和试验两种方法研究了复合材料孔隙率对在线液相渗透连接接头残余应力的影响.利用ANSYS有限元分析软件,建立了计算2D及3D-C/SiC复合材料连接接头残余应力的有限元几何、物理模型,分析了复合材料中孔隙率对连接接头残余应力的影响.同时,通过试验测试了不同孔隙率对连接强度的影响,其试验结果与计算结果一致,证明了所提出的计算方法的正确性.     

金属和复合材料紧固件连接柔度解析计算研究

针对现代大型客机结构典型的紧固件连接形式,利用解析算法计算金属与复合材料单钉单剪搭接和单钉双剪搭接连接件的载荷-变形特性(P—δ曲线)和单钉连接柔度,并与试验结果对比,验证解析算法的可行性,作为多钉连接件钉载分配、细节应力分析和飞机结构强度计算的基础。     

无槽环形绕组轴向磁通永磁电机空载反电动势解析

无槽环形绕组有两种类型,即扇形绕组和矩形绕组。针对这两种绕组空间分布对空载反电动势的影响,分别对两种绕组轴向磁通永磁电机的空载反电动势进行了解析推导。在气隙磁密解析计算时,提出通过建立虚拟等效直线电机模型用以计算气隙磁场端部效应函数。为了验证解析公式的正确性,以一台电机方案为例,利用推导的解析公式对空载反电动势进行了计算,与有限元计算结果进行了对比,结果表明解析计算结果和有限元计算结果相对误差小于2.1%,满足工程要求。因此,推导的空载反电动势解析公式可以作为电机设计人员参考使用。     

碳化硅纤维增强铝基复合材料截锥壳外压强度试验研究

本文对新研制的碳化硅纤维增强铝基复合材料截锥壳结构的外压强度性能及应力分布进行了研究,分析了试验件的破坏形式。通过试验考核了复合材料的工艺、设计的合理性以及结构的可靠性。把截锥壳化成当量圆筒,用理论公式进行了强度和应力分布计算,其计算结果与试验结果基本一致。     

复合材料泡沫夹芯板胶接修理的压缩性能

针对复合材料泡沫夹芯结构在维修结构性能研究方面的缺失,在完成了复合材料泡沫夹芯板的维修与压缩性能测试之后,建立了结构有限元分析模型,结合夹芯结构的稳定性理论解析模型,并对复合材料泡沫夹芯结构的胶接修理压缩性能进行验证。结果表明:通过试验结果简化了有限元分析模型中的胶层设置;应用复合材料夹芯结构的稳定性理论解析模型,能够快速获得复合材料夹芯维修结构的侧压极限载荷上限值;复合材料泡沫夹芯修理结构的主要侧压破坏模式为面板一阶与二阶屈曲失效,该结果说明复合材料泡沫夹芯修补结构的有限元模型与解析稳定性理论模型的计算精度较高,具有较强的工程实用性。     

海绵/橡胶适配器应力和变形模式的轴对称平面应变解析

海绵/橡胶适配器的应力和变形模式的解析方法是其力学理论研究的重要前提。基于轴对称平面应变假设,推导了海绵圆筒和橡胶圆筒的径向应力、切向应力和径向位移的解析公式;建立了位移边界条件下适配器受压问题的非线性常微分解析方程组,并通过数值模型仿真验证了解析公式推导的正确性;调整海绵/橡胶粘合面半径,研究了海绵层厚度比对适配器受压力学特性的影响。结果表明:数值模型和解析公式计算结果基本一致;适配器海绵层径向应力值和切向应力值相差不大,橡胶层切向应力高于径向应力约1个数量级,径向应力最大值位于适配器外表面,切向应力和径向位移最大值均位于海绵/橡胶粘合面;随海绵层厚度比增加,适配器应力和位移减小且减幅越来越小。     

复合材料层压板圆角区面外受载失效分析

为了研究复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于圆角区分层损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明:本文建立的有限元分析模型能较好地模拟复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,并且能较好地预测该结构的承载能力。     

计算轮盘破裂转速的大变形解析法

本文为轮盘破裂转速研究课题组的研究报告之一。文中提出的大变形解析法是计算轮盘破裂转速的一种新方法, 首先推导了基本方程, 其次叙述了计算步骤, 并对几个试验盘作了数值计算。最后将计算结果与试验结果作了对比, 误差均在 4 %以内。作者认为, 此法简便易行, 准确度符合工程需要, 适应范围较大, 可以在发动机轮盘研制工作中应用。      

纤维增强复合材料力学性能预测及试验验证

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料结构力学性能预测问题,基于复合材料细观力学有限元方法,研究建立了代表体积元(RVE)模型,并施加周期性边界条件,实现了纤维增强复合材料基本力学性能的预测。通过将应用上述RVE模型所获取的B/Al纤维增强复合材料力学性能预测结果与解析解和试验数据进行对比表明,施加周期性边界条件的RVE模型的力学性能预测结果与解析解和试验数据吻合良好,验证了所建立计算模型的有效性。基于单向连续纤维增强SiC/TC4复合材料板材的力学性能测试试验,获取了不同铺层方案结构的纵向/横向弹性模量和泊松比,得到的纵向/横向弹性模量计算值与各自试验值均值的误差均小于5%,表明弹性力学性能参数基本一致,计算模型具有合理性。      

铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶自紧压力分析

应用解析计算的方法对铝内衬碳纤维全缠绕复合材料气瓶在内压情况下的弹塑性历程进行了分

析,推导并得到了气瓶的自紧压力,通过水压应变测试及疲劳试验的方法进一步验证了计算结果的合理性。经

对比分析,文中提到的计算方法可用于今后相似结构气瓶的自紧力计算。

     

考虑基体开裂的陶瓷基复合材料应力-应变曲线模拟方法及验证

提出了蒙特卡罗方法模拟陶瓷基复合材料基体随机开裂过程,采用剪滞模型描述了复合材料出现损伤时细观应力场,并推导得到了考虑基体开裂时复合材料拉伸应力-应变曲线计算公式.开展了室温环境下C/SiC复合材料的单轴拉伸试验,并将理论预测应力-应变曲线与试验结果进行对比.同时,采用该方法对SiC/CAS,SiC/Si₃N₄复合材料应力-应变曲线进行了模拟,并与国外提供的相关试验数据进行比较,发现两者吻合得较好,从而证实了蒙特卡罗法可有效地模拟考虑基体随机开裂过程的陶瓷基复合材料应力-应变曲线.此外,还分析了Weibull模量、残余热应力和初始开裂应力对应力-应变曲线的影响.研究表明:Weibull模量越大,应力-应变曲线非线性越明显;热残余应力越大,应力-应变曲线偏转越早,非线性越明显;初始开裂应力与Weibull模量对应力-应变曲线影响规律相似.      

共固化成型复合材料加筋壁板的固化变形仿真技术研究

针对共固化成型的复合材料加筋壁板,建立了固化变形模拟计算流程,并开展了T800碳纤维/环氧树脂复合材料工形加筋壁板的固化变形预测,数值预测结果与试验测试结果吻合较好,验证了计算方法的合理性;基于模拟计算,进一步分析了温度工艺参数包括升/降温速率、保温时间等以及结构尺寸参数包括长桁宽度、高度和圆角半径等对加筋壁板固化变形...     

表贴式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析

针对表贴式永磁电机转子在高速高温状态下转子强度计算问题,提出了考虑磁钢分块结构的转子模型。基于厚壁圆筒理论推导了转子强度计算的解析解,分别计算出碳纤维护套及磁钢的切向应力和径向应力;基于有限元法分析了多种工况下的转子强度,在高速及高温工况下转子所受应力均会增加;对比解析分析结果表明,有限元法及解析法均能准确计算碳纤维护套应力,而磁钢却受到边缘效应的影响,磁钢边缘应力增大,解析分析难以进行精准计算;基于有限元法分析护套与磁钢过盈量,优化了转子结构,提出了过盈量的最优范围。     

减速器机匣安装边的疲劳寿命分析

讨论了减速器机匣安装边疲劳寿命分析的方法。提出了一种安装边载荷计算方法。采用半解析有限元法计算安装边的应力 ,然后采用局部应力应变法计算疲劳寿命。给出了两个算例 ,采用本文方法对一机匣试验件安装边的应力及疲劳寿命进行了计算并与试验结果进行了比较和分析。