民机中央翼加筋壁板承载能力的非线性有限元分析

应用非线性有限元分析技术,采用MSC.Patran为前后置处理器进行建模,以具有较强非线性功能的Marc软件为求解器,细致研究了某民机中央翼加筋板结构在受力状态下的非线性变形、后屈曲破坏过程、最终失稳破坏形式及载荷,与试验结果进行了比较,破坏过程及破坏形式与试验相吻合,计算的破坏载荷与试验的破坏载荷误差在5%以内,显示文中方法可以满足工程设计和分析要求。     

加筋复合材料壁板失稳后持续承载能力研究

文中通过拟协调层板单元的复合材料壁板非线性理论分析,并通过帽形长桁专项分析模型对加筋复合材料壁板稳定性/失稳后,持续承载分析失效模式与损伤演化,进行理论研究和仿真模拟。结合盒段级试验结果,全方位验证理论计算结果,并摸清结构破坏模式,为最大限度发挥材料结构承载能力,提高结构效率,提升质量控制能力、完善轻质高效结构稳定性/失稳后持续承载设计体系,提供必要的数据支持和技术参考。     

CFRP蜂窝夹层结构板埋件集群区域的热应力失效模式分析及补强设计

航天结构中,蜂窝板常采用在内部镶嵌埋件的方式使其与其他部件连接。为了分析CFRP蜂窝夹层结构板埋件集群区域面板在温度应力作用下失效的原因,进行了失稳破坏应力理论计算和数值分析,由分析结果发现是面板失稳导致了结构破坏。提出了加厚面板和局部加强两种补强方法并分析了其可行性和效率,通过对比发现局部补强的方法更加可行和高效。最后通过热真空试验,验证了局部补强方法可以提高面板稳定性,防止失稳破坏。     

大间隙集中传载结构强度分析方法研究

采用塑性材料本构及弹塑性面接触的非线性有限元算法,对大间隙集中传载结构进行了载荷分配、应力应变分布及破坏模式分析,给出了集中传载结构螺栓载荷分布函数、螺栓破坏模式、中截面弯曲应变分布及中截面剖面点应变随预紧力变化曲线,并与解析结果、试验结果进行对比.结果表明,解析计算结果偏于保守,非线性结果准确可靠,非线性有限元分析结果为大间隙集中传载结构强度分析提供了一种行之有效的方法,可用于大间隙集中传栽结构设计.     

航空结构型材压损应力的数值仿真分析方法研究

采用非线性有限元分析软件ABAQUS对型材压损破坏形式以及承载能力进行了分析,在分析中考虑了材料非线性、几何非线性。有限元分析结果与试验结果对比表明,仿真分析结果可以准确地模拟型材压损破坏形式及承载能力,该仿真分析方法可以用于飞机设计工作。     

有限元建模专家系统FEMES

FEMES是用于支撑航空结构有限元建模和分析的智能化软件。在视窗(WINDOWS)支持下采用C~( )/C语言,按面向对象的设计方法编程。它考虑了结构中带受力或部分受力口盖的开口、加强筋、偏心等结构异型以及弹塑性、稳定性等非线性效应影响,通过迭代自适应地修改模型;能定量化地输出NASTRAN程序使用的模型数据,并可通过解释推理过程对分析人员进行建模知识的培训。FEMES系统在××机的机翼和中机身有限元模型中进行了建模和修模的测试应用,结果表明,FEMES的应用提高了实际结构计算结果与试验结果的相符程度。     

铝锂合金加筋壁板剪切屈曲性能

为研究剪切载荷下2A97铝锂合金加筋壁板的屈曲与后屈曲行为,设计了加筋壁板和夹具,完成了壁板的剪切试验;得到了加筋壁板的失稳载荷、破坏载荷以及破坏模式;采用受剪板屈曲与张力场理论计算了加筋壁板的剪切屈曲失稳载荷;建立有限元数值计算模型对加筋壁板屈曲行为进行计算分析,并将数值结果与试验结果对比。结果表明：加筋壁板的屈曲模式为筋条间蒙皮的局部屈曲;加筋壁板的破坏模式为沿加载对角线方向蒙皮的凸起,破坏原因为蒙皮的塑性变形、撕裂以及筋条的扭转变形;利用张力场理论可以得到较准确的屈曲失稳载荷,与试验误差为6.56%;数值模拟得到的屈曲与破坏模式与试验吻合,失稳载荷和极限载荷与试验结果误差分别为1.22%和11.52%。     

飞机典型复合材料加筋壁板结构稳定性及破坏强度分析

为考察飞机典型复合材料加筋壁板结构的稳定性及破坏强度,本文将计算在轴压载荷下,复合材料加筋壁板结构的失稳载荷及破坏载荷。通过对稳定性试验、有限元计算、工程算法3种方法结果的比较,摸清复合材料加筋壁板在轴压载荷下的稳定性和极限承载能力,找出壁板失稳规律,为今后的复合材料加筋壁板稳定性计算提供理论依据。     

复合材料加筋板剪切稳定性研究

对三种尺寸的复合材料薄壁加筋板在剪切载荷作用下的稳定性及承载能力进行了试验研究,得到结构的屈曲形式以及屈曲失稳、破坏载荷。试验结果表明复合材料加筋板在屈曲失稳后仍有较大的承载能力;蒙皮厚度及筋条数目对板的屈曲及破坏载荷有较大影响。     

1420铝锂合金在宇航薄壁加筋铆接结构上的应用研究

为研究１４２０铝锂合金应用在宇航薄壁加筋铆接结构上减重效果及轴压失稳破坏形式,本文设计了３个１４２０铝锂合金和１个ＬＹ１２铝合金铆接薄壁加筋壳圆筒及其轴压破坏试验,同时对减重效果进行了理论分析。试验和理论分析结果表明：１４２０铝锂合金应用在薄壁加筋铆接结构上,可实现结构减重１０％￣１５％,其轴压失稳破坏形式与ＬＹ１２铝合金基本相同。１４２０铝锂合金是一种有广泛应用前景的新型宇航结构材料。     

帽型复合材料加筋叠层板轴压稳定性分析与试验研究

 本文对飞机翼面复合材料帽型加筋平板的轴压稳定性及后屈曲特性进行了试验研究和分析计算。指出了两种从试验上确定蒙皮失稳载荷的方法。用“有限条元素法”计算了失稳载荷,计算值与试验结果符合良好。     

基于NASTRAN的复合材料后梁稳定性优化设计与开口补强分析

结构失稳破坏在飞机静力试验中较为常见,结构稳定性破坏会导致全机结构的破坏。复合材料后梁开口后,对结构稳定性提出了更高的要求,因此必须在满足后梁静强度要求的基础上,对结构稳定性进行优化设计。应用理论计算和有限元软件Nastran对后梁结构稳定性进行了分析,对后梁结构立柱进行了布局优化设计和截面尺寸设计,最后对复合材料后梁开口结构进行了稳定性分析,为复合材料后梁详细设计提供了参数支持。     

超声速气流中受热壁板的二次失稳型颤振

研究了超声速气流中受热壁板的非线性气动弹性响应,发现了一种新的动态失稳现象——二次失稳型颤振。基于von Karman非线性应变-位移关系、Reissner-Mindlin板理论和一阶活塞理论建立超声速气流中三维壁板的有限元模型。通过数值算例,研究了超声速气流中受热壁板发生二次失稳型颤振的条件,并运用非线性振动理论分析了二次失稳型颤振的机理。研究表明,超声速气流中受热壁板在平衡态的稳定性未发生变化时,也会因系统参数的变化引起气动弹性响应性质的突变,导致壁板的二次失稳型颤振。二次失稳型颤振能否发生不仅受到气流速压和壁板温升的影响,而且还与初始扰动有关。当扰动引起壁板的初始变形较小时,不能激发出二次失稳型颤振,壁板的气动弹性响应最终收敛到屈曲平衡态。应用二次失稳型颤振理论和分析方法,确定了前人给出的一个金属壁板模型的热颤振边界的风洞试验结果,而且计算结果与试验结果符合良好,从而对这一壁板热颤振现象的风洞试验结果作出了较合理的理论解释。     

一个控制薄壳侧压失稳过程的实验技术

本文是研制一种可控失稳过程壳体侧压试验机的技术报告。指出了施加体积变化的外压试验机用于锥壳和筒壳侧压稳定研究是有优点的。介绍了实现可控失稳过程的几个主要手段及在其上得到的典型实验结果。这里介绍的是模型试验机,但其原理完全可以用于大型工程试验。七八年六二三所将此原理成功地用于工程试验获得成功。     

基于失效模式的格栅承力筒结构缩比模型研究

针对工程实际中大尺寸格栅承力筒的缩比模型验证需求,以相似理论为基础,采用方程分析法对格栅承力筒结构轴压下的力学性能进行分析,建立了整体失稳、局部失稳和材料破坏三种失效模式对应的临界承载力方程;利用格栅的等效刚度和临界承载力方程构建缩比模型;最后通过有限元模拟对结构原件和缩比件的力学性能进行对比分析与验证。结果表明建立的缩比方法可以有效反映结构原件的力学性能,可代替大尺寸结构原件用于后续研究。     

大变形状态机翼振动试验与气动弹性分析

本文针对结构大变形引起的几何非线性对于结构动力学特性的影响作了计算和试验研究,设计了一个试验,用于体现大展弦比平板机翼结构大变形对于动力学特性的改变。并计算分析了这种大变形对于该机翼气动弹性颤振特性的影响,并参考了一个双梁骨架结构机翼的计算分析结果。经分析发现几何非线性因素对于这两种机翼结构的影响体现在:第一,使得固有模态中的扭转模态频率大幅降低;第二,使得颤振特性发生变化。     

变截面曲梁轴压稳定性研究

由于工程中缺少对变截面曲梁的轴压稳定性及承载能力的分析方法,快速评估变截面曲梁临界失稳载荷是亟待解决的问题。文中采用有限元屈曲和隐式非线性算法结合试验的方法,分别研究了变截面曲梁在轴压载荷下的稳定性,并对变截面曲梁的承载能力进行了拓展分析。分别规划了1种变截面曲梁、2种变截面加强曲梁,对其进行分析及试验研究,将2种有限元方法分析的结果与试验数据进行对比分析,从而,得出隐式非线性方法为快速评估变截面曲梁的临界失稳载荷及承载能力的有效方法。     

损伤对平纹编织陶瓷基复合材料梁振动特性影响的试验研究

为研究平纹编织陶瓷基复合材料（CMCs）梁受损伤影响的非线性振动特性,本文分别开展了拉伸试验和振动试验。拉伸试验用于获得平纹编织CMCs受损伤影响的变刚度行为,多次正弦扫频试验用于获得振动载荷下平纹编织CMCs梁受损伤影响的非线性行为。拉伸试验得到的非线性应力-应变曲线表明材料受损伤影响变刚度行为明显。梁初始固有频率的试验值与理论值相比,相对误差小于1%。振动试验结果从两方面表明了损伤对梁振动特性的影响。一是模态参数的变化,固有频率从初始值（256.44Hz）不断减小,阻尼比呈现增大趋势,而共振位移幅值受固有频率和阻尼比的耦合作用发生非线性且非单调变化。固有频率的变化造成位移幅频特性曲线的左移现象。二是位移幅频特性曲线的多峰现象,在多处载荷频率下产生了位移峰值点。本文的试验结果可用于指导平纹编织CMCs结构动力学计算理论模型的建立。     

大跨度悬索桥静风失稳形态及机理研究

基于MSC.MARC和PYTHON脚本语言在综合考虑静风荷载非线性和结构几何非线性影响的基础上,利用风荷载增量与双重迭代(结构几何非线性收敛迭代和风荷载三分力系数收敛迭代)相结合的方法,对大跨度悬索桥空气静力行为和失稳全过程进行了分析.通过分别加大三分力系数中某个分量的方式,揭示了气动力系数对静风稳定性的影响,讨论了不同初始攻角下大跨度悬索桥梁静风失稳的发展路径,并对比分析了静风稳定线性和非线性两种计算方法的差异.     

机身加筋壁板复合加载损伤容限性能试验

为研究机身加筋壁板裂纹扩展规律和剩余强度特性,按照机身壁板承受内压和轴拉载荷边界条件的要求,设计并制造试验装置,通过静力试验验证了试验方案的正确性和合理性。损伤容限试验结果表明:纵向裂纹沿直线扩展,左右两侧裂纹扩展对称性较好,半裂纹长度小于80mm时呈缓慢裂纹扩展特性,该裂纹可检性好,检出概率较高;纵向裂纹失稳扩展导致最终破坏,在最远的框处呈现"T"字状的裂纹扩展破坏模式。研究结果可为新型客机机身结构损伤容限分析与设计提供数据支持。