基于应力球张量法的不同模量陶瓷梁有限元分析

针对具有拉压弹性模量不等特性的材料,由于其不能沿用经典弹性理论进行应力和变形分析,为解决其结构计算问题,提出通过判断应力球张量的正负来确定拉压弹性模量的新思想,并在ANSYS的基础上,开发了拉压模量不等材料的分析计算模块。以纯弯曲两端简支的陶瓷梁为例,建立其有限元模型,利用所开发模块对纯弯曲的陶瓷梁进行结构分析,通过对比所得的有限元解与其解析解的计算结果,确定误差范围,正应力的误差不超过2.1%,挠度的误差不超过3%,得出本文提出方法的可行性。通过对比按照单、双模量计算所得最大拉压应力有限元解之间的误差,发现随着拉压弹性模量比的减小,误差值随之增大,超过工程允许范围,得出不同模量理论应用于实际的重要性。     

含穿透损伤泡沫夹层结构的修补及拉伸性能

建立了复合材料泡沫夹层结构含穿透损伤挖补维修的三维有限元模型,对其在单、双向拉伸载荷作用下进行了有限元分析,根据各铺层的材料主方向的应力分布,采用最大应力强度准则计算了挖补维修前后结构的单、双向拉伸强度。结果表明:单向拉伸载荷状态下,维修后结构强度恢复系数为88.1%,初始损伤为面内剪切失效;双向拉伸载荷状态下,维修后结构强度恢复系数为97.6%,初始损伤为纤维拉伸断裂。最佳表面额外贴补层数量为1至2层,过多贴补层会导致局部应力集中,使维修后结构强度下降。     

冲压发动机进气道楔形前缘体热应力分析

为研究拉压不同模量(以下简称双模量)冲压发动机进气道前缘体的热应力状态,在Ansys基础上,利用二次开发,得到了可分析具有双模量属性材料应力的模块。以ZrB2-SiC为材料的发动机前缘构件的ZrB2部分为研究对象,以来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.85MPa为条件,经流场及热传导计算得到前缘体内部不均匀温度场。实验测得ZrB2材料在不同温度下的拉、压模量,其压缩模量为拉伸模量的两倍,将拉、压弹性模量以及计算的温度场导入到所开发的模块中进行热应力分析,得到此前缘体ZrB2部分的热应力分布状态。将此结果与不考虑双模量情况下进行流-固-热耦合分析得到的热应力分布曲线进行对比。结果表明,不考虑ZrB2材料的双模量属性的结果最大误差高达300%,严重超出了工程上的要求精度。对比结果说明了不同模量理论的重要性,同时证明了所开发的不同模量应力分析模块的工程实用价值。     

具有拉压双模量材料简支梁和悬臂梁稳定性分析

首先在迹应力分析基础上讨论了单、双模量梁在受拉和受弯共同作用下中性轴偏移的问题,分析了中性轴偏移产生的附加弯矩及其对梁挠曲线微分方程的影响。并推导出双模量简支梁的挠曲线方程。随后,利用新的挠曲线微分方程对悬臂梁稳定性进行分析,利用数值解法计算不同拉压模量下双模量悬臂梁的屈曲荷载,并通过计算结果对双模量材料的性能作出初步分析。     

考虑入射角影响的旋转孔计算模型

为分析旋转孔的流动特性,提高空气系统一维仿真计算效率,综合考虑入射角、几何参数等主要影响因素,建立了旋转孔流动特性计算模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建其仿真模型。通过试验结果和商业软件Flowmaster对该模型进行验证,结果表明:该模型计算结果与试验结果误差在7.2%内,与CFD数值计算结果的最大误差不超过2.3%,而Flowmaster计算结果与试验结果最大误差达到8.94%。旋转孔模型计算结果准确度高,适用于不同类型轴向孔的模拟。     

基于ABAQUS二次开发的直升机桨根快速建模方法及应力分析

随着新构型直升机技术的发展，对直升机桨叶有限元仿真技术的要求也越来越高。参数化建模仿真方法能够降低有限元法仿真技术的使用难度，对桨叶快速化、精细化设计具有重要意义。本文基于ABAQUS二次开发方法构建了一种适用于直升机桨叶根部段的快速建模方法，在有限元建模过程中参数化建立材料属性和接触属性，完成直升机复合材料桨叶根部段的快速化仿真分析。利用该方法对某直升机桨根进行应力计算，与常规建模方法相比，快速建模方法有效提高了建模效率，保证了仿真结果的一致性。快速建模方法仿真结果与常规建模方法仿真结果相比应变误差不超过1%，快速建模方法与试验结果相比应变误差不超过10%，常规建模与试验结果应变误差不超过91%，验证了该方法的可靠性。     

无网格方法关于导数计算的程序验证

为了提高无网格方法对空间导数的数值计算能力，提出并论证了新的适用于直角坐标系、柱坐标系和球坐标系的空间导数无网格算法。基于数值解与理论解的对比分析，对数值误差和收敛性进行了后验评估。评估结果表明:该算法对函数和导数的估计均为2阶精度，支撑域尺度对数值误差的大小有一定影响，但不影响数值计算的精度等级。在离散尺度h为0.01的条件下，对所选函数及其导数的数值计算相对误差不大于0.65%。      

双向顺序耦合法求解动力响应的试验验证

为验证双向顺序耦合法求解的可信性,设计并建立一套气流激振下叶片结构的动力响应试验系统.通过平板叶片振动响应的计算与试验对比分析,验证双向顺序耦合法适用于非共振状态以及共振状态的动力响应求解,数值仿真结果可以准确地反映振动响应的时域变化规律和频域特征.计算求得的振动位移和振动应力具有较好的计算精度,相对误差在40%以内,...     

复合材料叠层结构边缘应力分析的翘曲修正模型

研究复合材料叠层结构在单轴拉伸状态下的边缘应力问题。在厚度方向 ,利用翘曲修正理论 ,推导出了叠层板三个方向的位移分布规律 ;在宽度方向 ,采用升阶谱位移模式 ;应用虚功原理 ,给出了叠层板边缘应力分析的特殊有限元模型。通过典型例题的计算表明 :边缘应力计算结果与精确弹性解符合很好 ,还进行了收敛性的研究。本文方法的自由度度少 ,方法简单 ,优于差分法、常规有限元法 ,适用于解决边缘效应问题     

泡沫夹芯面板非穿透损伤挖补维修有限元分析

建立了SR20飞机含非穿透损伤复合材料泡沫夹芯结构壁板挖补维修的三维有限元模型。分析了有限元模型的收敛性,给出了合理的网格划分密度。对单向拉伸和双拉伸载荷下含非穿透损伤泡沫夹芯结构进行了应力分析,给出了完好结构和维修后结构面板各材料主方向应力分布。基于最大应力准则给出了完好结构和维修后结构的单向拉伸强度和双向拉伸强度。分析结果表明,维修后的结构在单向拉伸状态下,初始损伤为面内剪切失效,应力极值点位于母板上临近维修铺层边界处与x方向结构对称轴约成30°的位置;双向拉伸状态下,初始损伤为纤维拉伸断裂,应力极值点位于母板上维修铺层边界处与x方向结构对称轴约成45°的位置。在理想修复状态下,单向拉伸时的强度恢复系数为85.8%,双向拉伸时强度恢复系数为96.7%。维修区域材料不连续,导致应力集中,使结构维修后强度下降。维修后强度随表面贴补铺层数增加而降低,原因为贴补铺层增大了局部刚度,使维修区域应力水平升高。