考虑时间效应的发动机粘接界面力学模型研究

传统的内聚力模型只能描述静态的分离力与分离位移之间的关系。为了描述随时间变化的分离力与分离位移关系,本文采用Maxwell模型,在PPR内聚力模型基础上,提出了一种新型的时间相关内聚力模型。数值仿真结果表明,粘接强度、临界位移以及损伤起始位移随加载速率和粘性系数的增加而增大。开展了三种不同拉伸速率下的双悬臂夹层梁试验件拉伸试验,通过反演分析手段,得到了描述粘接界面时间相关内聚力模型参数。试验及仿真结果对比分析表明,本文提出的时间相关内聚力模型可以有效地模拟时间变化对分离力的影响。     

外伸梁弯曲法确定薄膜界面力学性能

为了研究用外伸梁弯曲法确定薄膜/基体界面强度的可行性,采用零厚度内聚力单元来模拟薄膜/基体界面结合层的剥离失效。对外伸梁施加“加载-卸载”的载荷历程,利用加载过程中的界面开裂引起的能量耗散来表征界面能量释放率。采用二次名义应变准则和Benzeggagh-Kenane断裂准则来定义界面损伤演化和失效。研究结果表明,外伸梁弯曲法可以有效地测量薄膜杨氏模量和界面强度。文中提出的方法简便有效,具有一定的工程应用价值。     

航空发动机陶瓷基复合材料疲劳迟滞机理与模型研究进展

对陶瓷基复合材料疲劳迟滞机理与模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用情况,综述了单向、铺层和编织陶瓷基复合材料细观疲劳失效模式与疲劳迟滞机理。总结出纤维增强陶瓷基复合材料基本的细观失效模式是:基体裂纹、纤维/基体界面脱粘和纤维断裂、铺层陶瓷基复合材料中的铺层/铺层界面脱粘以及编织陶瓷基复合材料中的纱线/纱线界面和纱线/基体界面脱粘。脱粘后的各类界面在循环载荷下的界面滑移是导致疲劳迟滞行为的根本原因。然后,详细分析了陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为力学建模研究历史与现状,指出了其中存在的问题。最后,对陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为研究的发展趋势进行了展望。     

机身普通框连接结构疲劳分析方法

将某机型机身等直段试验件普通框连接结构疲劳总体有限元模型分析结果与局部细节有限元模型中对应区域分析结果相结合,获取一系列修正系数,提出一种快速精确获取机身等直段试验件所有普通框结构疲劳薄弱区域应力及钉载分布的方法。在此基础上,进行疲劳寿命分析,分析结果与试验结果吻合较好。该方法分析效率高,能较好满足多轮次尺寸优化设计要求,具有较强的工程应用价值。     

基于内聚力模型的飞机风挡与无人机碰撞仿真及试验验证

为有效支持无人机撞击飞机仿真分析,降低试验研究成本,开展无人机与某型运输类飞机风挡碰撞试验及有限元仿真方法研究。研究建立符合实际尺寸和曲面构型的风挡和无人机的建模方法;考虑到碰撞后风挡玻璃的裂纹萌生和扩展的不可预测性和复杂性,通过Python二次开发在风挡模型中玻璃单元间及玻璃层与胶层间嵌入零厚度内聚力单元,研究给出基于固有内聚力的风挡玻璃有限元模型。研究发现,对应工况的仿真结果与试验结果基本一致,证明内聚力模型应用在该仿真中的有效性。同时相对于常规的单元删除法,基于内聚力模型的仿真结果更加接近试验结果,证明所建立方法的精度更高。     

飞机重心过载谱低载截除水平试验

飞机重心过载谱的低载截除水平不能像应力谱那样可以根据结构材料的疲劳极限直接确定,而通过疲劳试验设计和分析,可以获得准确的疲劳损伤变化趋势,进而确定过载谱低载截除水平.用不同的截除水平依次截除原始过载谱从而得到一系列过载截除谱,加速后在MTS810疲劳试验机上对标准试件进行周期加载,从各组试件疲劳寿命的变化趋势中寻找规律并确定最佳截除水平点.试验结果表明,对于某型直升机的过载谱,其循环数量截除水平点可以确定为300次/飞行小时,对应的过载门槛值截除水平点为0.086 2g.疲劳试验不仅提供了确定过载谱低载截除水平的途径,还揭示了随机谱中略小于疲劳极限的个别循环仍可以产生疲劳损伤的事实.     

均匀化有限元法预测双向纤维增强复合材料力学性能

采用一个3D代表体积单元(RVE)微观模型并结合均匀化有限元的方法预测了双向连续纤维增强复合材料的力学性能。假设纤维和基体在其应力达到抗拉强度之前满足线弹性规律。分别分析了纤维/基体弹性模量比、泊松比及其纤维含量的对复合材料宏观力学性能的影响;以及采用内聚力模型分析界面性能对整体力学性能的影响。结果显示:纤维泊松比对复合材料力学性能影响很小;纤维模量对复合材料抗拉强度及面外方向的弹性模量影响较小,但对面内方向的弹性模量影响较大;随纤维含量的增加,宏观弹性模量及面内抗拉强度随之线性增加,而面外抗拉强度有减小趋势;界面的存在会降低复合材料的抗拉强度。     

复合材料夹层结构模拟冰型设计与分析

为满足ARJ21-700飞机模拟冰型试飞试验的需要,设计了一种新型复合材料夹层结构模拟冰型,对其用材、加工方式、安装方法进行了选定。选取模拟冰型典型段,制作试验件,通过地面模拟试验,得出了模拟冰型的脱落破坏载荷。基于界面元法,在ABAQUS中使用内聚力单元模拟胶接界面,计算出模拟冰型的脱落破坏载荷,计算结果与试验结果吻合良好,说明了数值模拟方法的准确性。试验、计算得出的破坏载荷都高于冰型实际受载,证明了本文设计方案可行,该种复合材料夹层结构模拟冰型可用于ARJ21-700飞机的试飞试验。     

稳态循环载荷下结构疲劳可靠性分析技术

本文针对承受高频小载的稳态循环疲劳载荷的结构具有长寿命这一特点，采用二维应力一强度干涉模型进行疲劳可靠性分析。给出了疲劳载荷统计处理研究结果，提出了由Ｐ－Ｓａ－Ｓｍ－Ｎ曲面确定疲劳强度分布函数的理论计算公式，并给出了二维应力－＝强度干涉模型的应用实例。     

无传载紧固孔的疲劳寿命估算

本文根据紧固件与紧固孔的间隙配合、平滑配合或干涉配合情况具有的不同接触应力和干涉应力、应变分析特点,研究了用Neuber方程分析孔边局部应力、应变等循环参数和用Manson-Coffio应变疲劳寿命方程估算无传载紧固孔的痨劳寿命方法。例举的紧固件与紧固孔不同配合试验件的疲劳寿命试验结果与本文利用应力严重系数法分别计算的结果对比表明,本文所述的无传载紧固孔疲劳寿命估算方法与试验结果是比较一致的。这一循环参数分析和疲劳寿命估算方法为典型机翼下壁板结构的疲劳寿命估算建立了基础。     

一种磁载光催化剂的制备及光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法,在磁性颗粒表面包覆T iO2,制备了易于固液分离的纳米级磁载光催化剂T iO2/S iO2/F e3O4,并通过TEM,IR,XRD等对样品进行表征。以有机污水为降解对象,研究了磁载光催化剂的光催化活性。研究结果表明,包覆S iO2有利于提高磁载光催化剂的光催化活性,光催化剂能使有机污水快速降解,5次循环使用后降解率达90%以上,且光催化剂能快速地从液相中分离回收。同时磁载光催化剂具有较高的光催化活性,对高盐污水、含酚污水的降解率分别可达到99%,86.8%,对染料污水也有良好的降解效果,并具有磁性回收的特点,应用前景广泛。     

纤维增强复合材料剩余强度衰减模型

分析了复合材料剩余强度随加载次数增加而单调衰减的疲劳损伤机理,得出复合材料剩余强度衰减率在其疲劳寿命全程内呈"快→缓→快"演化过程,并提出一个剩余强度衰减模型来描述这一过程.该模型从材料的疲劳破坏机制上分析了铺层形式对复合材料剩余强度衰减的影响,并综合考虑了材料抗疲劳性能、受载水平等影响因素.6种复合材料的系列试验数据验证了该模型.结果表明,该模型合理描述了复合材料剩余强度的衰减规律.     

多层石墨烯界面力学行为的分子动力学模拟

通过分子动力学方法,在不同应变率和不同温度下对多层石墨烯进行拉开过程模拟,并以此研究了多层石墨烯层间界面性能的拉伸速率和温度效应。研究结果表明,随着拉开界面的应变速率的增加,多层石墨烯界面强度也随之提高,但当加载速率提高到1e10 s~(-1)后,界面强度趋于平稳。此外,研究也表明,多层石墨烯界面强度先随着温度的升高而出现增加,但温度到达350 K后,界面强度出现减小的现象;同时基于分子动力学模拟结果,计算了多层石墨烯层间界面内聚力本构关系的界面参数。     

柔性面对称星箭界面点式连接方案设计与分析

以某型柔性、面对称的星体采用有限数目分离螺栓与运载火箭连接的方案为例,针对分离螺栓的载荷和强度,开展工程经验方法和有限元的对比分析。为解决分离螺栓强度不够问题,在分离螺栓的型号、数目和连接位置等约束不变的前提下,研究分离螺栓减载方法,提出一种增加小型辅助结构传递界面弯矩的改进方案,有效降低了分离螺栓载荷,分析结果表明该方案具有可行性。本文提出的界面载荷传递设计方法,对柔性飞行器与运载器采用点式连接的方案设计具有较重要的参考价值。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型

采用有限元方法发展了一个复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型,模型给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律,把层合板的失效过程模拟成单元刚度逐步退化、应力不断重新分布、单元损伤不断累积的动态过程。利用ANSYS软件进行了两个算例分析,分析预测结果与试验结果吻合较好。     

纤维增强韧性基体复合材料界面损伤分析

用基于内聚力的界面模型分析了纤维增强韧性基体复合材料的界面损伤,研究了连续纤维增强复合材料受横向荷载时,诸如纤维排布方式、纤维体积占有率以及纤维和机体模量比等细观参数对界面损伤和材料拉伸强度的影响.研究发现,当纤维体积占有率和纤维模量提高,以及纤维按四方排布时,虽然能增加复合材料刚度,但纤维与基体的界面更容易损伤.当界面脱粘现象存在时,复合材料的拉伸强度主要由界面强度决定.     

预腐蚀铝合金腐蚀疲劳累积损伤规律研究

利用LY12CZ板材试件进行未腐蚀试件及预腐蚀后试件的二级加载及随机谱加载的疲劳和腐蚀疲劳试验,分析疲劳损伤累积的演化规律,发现LY12CZ板材试件纯机械疲劳与腐蚀疲劳累积损伤规律基本一致,且均为非线性;预腐蚀后试件与未腐蚀光滑试件高-低、低-高加载累积规律差异较大,并呈现出相反的结果;Miner理论能较好的适用于随机谱下的纯机械疲劳及腐蚀疲劳寿命估算.     

基于代理模型的车载雷达阵面风载疲劳分析

本文采用时域疲劳评估方法对风荷载作用下的结构疲劳寿命进行评估。准确的风载荷等效模型是结构时域响应预示的基础,高精度的时域响应预示方法是实现疲劳评估的关键。在风载荷模型等效方面,根据结构面临的实际载荷工况,通过CFD分析得到阵面在不同角度下的风压分布,利用响应面代理模型拟合出阵面各特征点的风压多项式,进而投影插值得到有限元网格单元上的风载荷曲线。在结构时域响应预示方法方面,发展基于直接法的结构时域响应预示方法,进而研究计算步长、计算格式等对计算精度和计算效率的影响,为疲劳评估提供准确的结构应力时间历程。在时域疲劳评估方法方面,采用雨流计数法对应力/应变的时间历程循环计数,结合材料的疲劳性能对结构进行疲劳寿命预测。基于以上研究,形成适用于工程计算的风载荷作用下的结构疲劳评估方法,为雷达结构设计提供参考。     

张力场对复合材料层板组合梁连接强度的影响

基于纯剪切方板后屈曲阶段边界受力分析,设计了考虑蒙皮支持刚度的复合材料"工"形层板组合梁试验件,采用对角拉伸加载方式,考察了腹板后屈曲张力场对层板组合梁连接强度的影响,并采用基于黏聚区模型的有限元方法对试验进行了仿真分析,研究了界面的失效过程与机理。研究表明:腹板后屈曲阶段形成的张力场在连接界面上产生附加的剥离载荷,使界面呈现Ⅰ/Ⅱ型复合受力状态,加速界面破坏;考虑蒙皮支持刚度的剪切试验在腹板发生失稳后使蒙皮产生法向变形,一定程度上减弱了界面剥离载荷的增加,梁结构的破坏载荷略有提高;试验的破坏模式表现为腹板的纤维压缩破坏和缘条-蒙皮界面的Ⅰ/Ⅱ型复合断裂;黏聚区模型能够很好地模拟复合材料界面的破坏,仿真与试验基本一致。