弯扭耦合效应对纤维复合材料对称角铺设矩形弯曲影响研究

应用给出的各向异性板结构横向弯曲一般解析解对承受均布载荷的纤维增强对称角铺设复合矩形进行弯扭耦合效应分析，文中针对四边简支方板进行计算，分别选取5种复合材料进行分析，分别在考虑D16，D26及忽略D16，D26情况下计算板中心最大弯短，挠度，以比较D16，D26对板弯曲线状态的影响，讨论了铺设角，铺设层数N对板挠度，最大弯矩的影响，对于简支方板，铺设角为45°时板挠度，最小弯矩最小，而0°时的方法挠度，弯矩均为最大，在相同厚度下，铺设层数越多，挠度，弯矩越小，弯扭耦合效应增大板挠度，最大弯矩，当铺设层数N大于9时，挠度计算可忽略弯扭刚度影响，但计算弯矩内力要带来20％相对误差。计算弯矩内力不能轻易忽略弯扭刚度。     

复合固体推进剂应力分布的数值模拟及损伤萌生分析

建立了复合推进剂颗粒填充引起应力集中的有限元计算模型，计算了法向应力的分布及其最大应力的位置，讨论了颗粒分数，刚度对应力分布的影响。根据引发微裂纹萌生的力学条件，得到了复合固体推进剂占主导地位的损伤形式为颗粒与界面的显微裂纹损伤。     

含缺陷三维编织复合材料热膨胀系数计算

通过将细观力学的Ｅｓｈｅｌｂｙ和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论与刚度平均化方法相结合，对含定向基体微裂纹的三维编织复合材料热膨胀系数进行了理论计算，分析了纤维体积含量，微裂纹密度和编织参数变化对热膨胀系数的影响，为材料设计和应用提供了理论基础。     

过程集成与设计优化技术在碳纤维增强树脂材料设计中的应用

研究过程集成与设计优化(PIDO)技术在复合材料设计中的应用。以航空器领域上广泛应用的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为例,开展结构刚度优化设计。根据复合材料中层压板分布特性,以结构固有频率最大为优化目标,通过选择层压板各单层厚度和铺设角度,使用有限元方法模拟铺设角度变化并输出结果,采用优化算法对结果进行判定,得到结构刚度的优化结果。对比两种不同的PIDO优化过程,提出一种结果更优的优化策略——该策略在提高结构刚度的同时,兼顾轻量化,可为优化设计提供更多思路。     

包含细微缺陷的碳纤维增强复合材料管件结构弯曲性能表征

碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料管件结构力学性能受其内部细微缺陷的影响。对前期经历过恒温蠕变（25℃、60℃、100℃）和温度循环蠕变试验（-60℃~100℃）的CFRP管件，开展准静态弯曲加载测试和微观观测研究，分析细观缺陷对管件弯曲性能的影响。在此基础上，对CFRP管件中的基体微裂纹和微孔洞开展理论建模，建立包含特定微裂纹密度和孔隙率的复合材料层合结构本构关系。以基体裂纹和平面圆形孔洞为例，分析了两种细观缺陷对材料刚度性能的影响，与文献中的实验结果对比表明，上述损伤模型能够预测由于微裂纹和微孔洞引起的材料刚度性能下降。进而以微裂纹密度和孔隙率为内变量，建立兼顾微观损伤响应和宏观性能表征的CFRP管件力学性能分析模型，运用有限元方法计算CFRP管件弯曲模量和弯曲强度，结果表明，该模型能够有效预测CFRP管件由蠕变损伤导致的弯曲性能变化。     

高温对复合材料长期性能影响的建模方法

聚合物基复合材料比金属或金属合金具有重量轻及耐高温的性能。但聚合物较大多数金属构件对裂缝更为敏感。在90°铺层中,横向、裂纹会使复合材料刚度和强度严重地削弱,最终导致基体结构破坏。为了发展高性能复合材料,研究了二种复合材料层板K3B/IM6和X5260/G40-800(此材料由波音公司出资,杜邦公司研究)。 该文介绍正交层合板中横向裂纹的机理。推导了一种模式来模拟系统的破坏机理。应用有限元程序分析由于横向裂纹引起的应变能的释放率,并采用弹性断裂力学准则为裂纹开始破坏建立临界条件。用此模型描述包括裂纹机理在内的主要因素的影响。把一些预期的参数影响与实验数据作了比较。     

基于裂尖塑性区的复合材料复合型裂纹断裂准则

基于Tsai-Hill强度理论,在平面应力条件下,推导了复合材料Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹塑性区尺寸表达式,分析了裂纹扩展方向与裂纹尖端塑性区的关系,推广并证明了R准则在复合材料裂纹扩展方向预测中的适用性.数值算例分析了不同纤维方向和裂纹倾斜角对复合材料复合型裂纹开裂角的影响.结果表明,R准则是一个通用的断裂准则,适用于预测各向同性材料和复合材料各种裂纹的扩展方向;纤维方向和裂纹倾斜角对断裂角的影响较明显,可能是导致复合材料复杂断裂机理的原因之一.     

具有应变梯度的复合推进剂药柱裂纹扩展特性研究

对具有应变梯度、填充密度大的复合推进剂中的裂纹扩展特性,研究考虑了两种初始裂纹长度,采用中心裂纹的楔形片状试样,在室温、恒定应变速率下进行了试验研究.利用试验数据分析计算了瞬时应力强度因子K_I和裂纹扩展速率da/dt.研究了正割法、修正的正割法、样条拟合法和全多项式法四种数据处理方法及测量裂纹长度时间间隔对??计算精度的影响.还研究了初始裂纹长度、非均匀总应变场和数据处理方法对裂纹扩展特性的影响.确定了K_I和??之间的函数关系.     

扁平型外转子混合磁悬浮飞轮动力学分析

针对扁平型外转子磁悬浮飞轮,考虑轴向被动悬浮刚度影响,采用理论模型与数值模拟相结合的方法,对系统静态悬浮和稳定旋转两种工况下的动力学特性进行了研究.结果表明,静态悬浮时,轴向刚度的变化对径向摆动固有频率影响明显,径向刚度的变化主要影响系统径向刚体平动固有频率,振型交换区内系统振型为转子刚体平动与摆动的叠加;稳定旋转时,轴向刚度的变化主要影响低速圆锥涡动频率,径向刚度的变化主要影响圆柱涡动频率.     

某减压阀静态特性分析

建立了某减压阀静态特性模型,并用实验验证了模型的正确性.通过仿真讨论了膜片有效面积、网芯不平衡面积和阀门总刚度对减压阀静态特性的影响.结果表明:阀门总刚度的影响较大,而膜片有效面积和阀芯不平衡面积的影响相对较小.     

基于非线性有限元的网套补偿器轴向刚度特性及计算方法研究

网套补偿器在航天管路系统中广泛使用,补偿器的轴向刚度是其基本力学参数,然而其复杂的微结构特征使得轴向刚度呈现强烈的非线性。为实现对网套补偿器轴向拉伸全过程的仿真计算,从钢丝网套入手,基于钢丝的螺旋梁模型,分析了轴向长度、螺旋角及网套直径对轴向刚度的影响,结果表明轴向长度和螺旋角将显著影响轴向刚度;分析了边界条件的影响,结果表明在计算轴向刚度时固定边界与约束径向位移的循环边界可以互换。结合网套刚度分析的结论,提出了基于接触关系的子网套刚度分析方法,解释了拉伸时轴向刚度非线性变化原因,进一步建立了2/N波纹管-螺旋梁复合模型以及2/N单波-单锭螺旋梁复合模型用于不同刚度阶段的有限元计算。算例结果表明,仿真获得的力-位移曲线与试验曲线一致性较好,高刚度阶段的轴向刚度误差为3.40%。     

滑动梁结构的变刚度分析以及应用于振动控制的初步考虑

文章分析了几种形式的滑动梁的刚度特性,分别给出了它们的滑动刚度以及静止刚度的计算公式;分析了静止刚度与滑动刚度的转化条件,并对相同位置的滑动直梁与滑动曲线梁的刚度进行了比较。结果显示:滑动梁的滑动刚度取决于梁的材料、尺寸以及放置的角度;滑动梁的静止刚度与滑动刚度有较大差异,静止刚度一般远大于滑动刚度;曲线梁相比于直线梁,在相同放置的情况下,具有更高的初始滑动刚度;随着梁滑动后与垂直方向夹角的增大,滑动刚度逐渐减小。滑动梁的刚度变化特性可以用于振动控制中,文末给出了减振应用的一些思路。     

弹性自驱动卷筒式伸杆机构展开刚度分析及校验

针对弹性自驱动卷筒式伸杆机构(STACER) 的展开刚度问题，分析了卷筒式伸杆机构的工作原理，基于等效连续体模型推导了卷筒式伸杆机构弹性卷筒的构型参数与刚度的关系式，分析了弹性卷筒末端螺旋角、末端半径、带厚、带宽对展开刚度的影响。分析结果表明：(1)末端半径的增大能同时提高弹性卷筒的一阶频率和比刚度，而带宽的增大将导致弹性卷筒的一阶频率和比刚度均降低;(2)弹性卷筒的一阶频率随带厚的增加近似线性增大，但比刚度随带厚的增大而近似按双曲线规律下;(3)弹性卷筒末端螺旋角在62°~75°时，弹性卷筒的比刚度可获得最优值。卷筒式伸杆机构的刚度测试结果与理论分析结果基本一致，校验了理论分析方法的有效性。     

支承总刚度对涡轮泵转子临界转速及稳定性旳影响

针对低温液体火箭发动机涡轮泵转子非线性系统开展了支承总刚度对临界转速及系统稳定性的影响研究.建立了涡轮泵转子非线性系统的动力学模型,在有安装偏心条件下分别研究了泵端和涡轮端支承总刚度变化对转子系统临界转速和稳定性的影响,给出了失稳转速随支承总刚度的变化规律,为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、诊断与维护提供理论依据.     

支撑角对低冲击分离装置分离过程影响动力学仿真

介绍了一种低冲击分离装置的结构,并对其冷气驱动分离试验进行了分析.依据能量守恒定律和空气动力学原理,为分离装置的冷气驱动分离过程构建了数学模型;借助数学模型,对分离装置中扇形块两端的支撑角对分离过程的影响进行了仿真和分析.通过仿真结果可发现,扇形块顶端支撑角的变化对分离过程中分离时间和峰值气压的影响很小,而扇形块底端支撑角的改变则会引起分离时间和峰值气压的明显变化.因此,在保证分离功能可靠实现的前提下,可通过减小扇形块底端支撑角来降低分离过程的冲击响应.该结论对分离装置的设计和优化具有指导意义.     

复合式空气弹簧的开发设计

针对国内汽车空气弹簧市场需求，开发出由胶囊和减振器装配成一体的复合式空气弹簧，该结构产品取代传统的螺旋弹簧减振器，即解决了空气悬挂空间狭小的问题，又实现了空气弹簧的变刚度调节，大大降低悬挂系统的固有频率，提高了乘车的舒适性和稳定性。借助有限元分析软件进行汽车空气弹簧的性能参数计算，确定了半成品的裁断角度等技术参数，通过产品试验，验证了有限元计算及工艺参数选取的正确性。     

噪声激励下典型复合材料铆接结构的声固耦合分析

针对CVI工艺下复合材料典型铆接板,提出一种适合复杂模型动力学分析的建模方法:采用Bush和RBE2的组合单元模拟铆钉连接,将板间的弱非线性接触力转化为接触刚度,建立该复合材料铆接板的有限元模型。同时,基于有限元-间接边界元法推导了考虑接触力的声固耦合动力学方程,开展了该复合材料铆接板在随机噪声激励下的声固耦合分析,并探讨界面接触对声固耦合系统固有特性和动响应的影响。研究结果表明,界面接触模型比界面刚接模型更为准确;刚接模型会增大复合材料铆接板连接界面的局部刚度,使得结构的固有频率偏高,响应峰值向高频处移动;考虑接触对结构的加速度响应影响较大,对应力响应影响较小。     

弹性边界试验获取自由状态频响方法研究

大型柔性航天结构的一阶频率可能低至0.1 Hz,采用自由悬吊方法进行结构自由状态频响测试难以满足要求,因为它要求悬吊频率远低于待测结构的一阶频率。为解决这一问题,文章研究了弹性边界试验方法:对待测结构施加弹性支撑,在分别获得整体与支撑结构频响后,通过频域子结构解耦方法,去除支撑结构对待测结构的影响,以得到待测结构自由状态的频响。试验结果表明,这一方法是可行的,可以考虑进一步应用于实际工程结构。     

三维六向编织复合材料拉伸性能的实验研究

通过三维六向编织T700/TDE86复合材料的纵向拉伸实验,从宏观角度研究了其力学行为,获得了这些材料的主要力学性能参数及破坏规律.实验结果表明,影响三维六向编织复合材料力学性能的最主要参数是编织角,材料的拉伸弹性模量和拉伸强度受编织角的影响显著;编织角较小时,拉伸应力-应变曲线接近于线性,材料表现为脆性特征.本文还利用OLYMPUS体视显微镜对试件断口进行了观察,并对三维六向编织复合材料的破坏机制进行了分析.所得结论为进一步研究三维六向编织复合材料的刚度和强度预报奠定了实验基础.