循环内聚力模型的修正及算法研究

针对Roe等提出的循环内聚力模型中切向卸载/再加载路径与典型的循环应力应变曲线之间存在一定偏差,反向加载时界面单元不能延续卸载前的牵引-分离关系,本文在界面单元遵循等向硬化规律的前提下,提出了切向卸载/再加载规律的修正方法。编写了修正后循环内聚力模型的UEL子程序,采用修正后的循环内聚力模型,在ABAQUS中计算得到自定义界面单元的卸载/再加载路径和循环牵引-分离关系,结果与疲劳理论相吻合。基于修正后的循环内聚力模型,可对粘接界面进行疲劳失效分析。     

不同温度和应变速率下7022铝合金流变应力行为

通过在293-773 K的温度范围内和应变速率为0.001-0.1 s-1下对7022铝合金薄板进行温拉伸试验,研究了7022铝合金温拉伸性能,以及该合金在升温条件下流变应力与变形温度和应变速率之间的关系.并利用改进了的Hooke law和Grosman方程建立了7022铝合金在温拉伸时应力-应变本构模型.研究结果表明:7022铝合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;温拉伸试样的延伸率随变形温度的升高而升高,随应变速率的增大而减小.     

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。     

基于DSM的产品并行开发过程仿真

产品开发是一个复杂的、存在很多不确定因素的过程,几乎不存在一种解析的算法能对它进行完整有效的描述和分析。本文基于设计结构矩阵,提出了产品开发过程的仿真模型,包括仿真模型的时间描述、资源竞争描述、队列描述和任务延期描述,并进一步提出了过程的仿真算法,以分析时间、资源等对产品开发过程的影响。最后,通过具体实例说明了该仿真算法的有效性。     

粘接结构胶层热应力分布影响因素

通过建立粘接结构的有限元模型来研究温度变化引起的粘接结构中胶层的热应力分布情况。通过胶层应变测试试验,对比胶层侧边中点及端点处的应变与仿真结果的差异,验证有限元仿真结果的可靠性。研究了多种因素,包括胶层厚度、胶层两侧被粘接材料的热膨胀系数的差异和被粘接材料的刚度的变化对胶层热应力分布的影响规律。最后探讨了大温差环境中使用的粘接结构在设计过程中需考虑胶层的热应力来选取胶层的厚度及被粘接材料。     

玻璃纤维束拉伸的声发射特征及统计损伤分析

本文用声发射技术动态监测玻璃纤维束拉伸时损伤的演化规律。声发射幅度的对数累积分布基本上为一直线,声发射事件数与纤维束位移值近似为一指数曲线。由声发射事件数与纤维断裂数的关系,可得到实际损伤演变规律。根据纤维束断裂规律建立统计损伤模型,导出的纤维束外载与位移的本构关系计算值与实验值相当吻合。表明统计损伤模型描述纤维束断裂损伤是合理的,声发射技术是一种监测材料内部损伤及其演变规律的有效手段。     

正交各向异性纸张内聚区模型关键参数的确定及其静态断裂仿真（英文）

研究纸张裁剪过程对刀具设计至关重要,然而纸张裁剪的断裂机理却尚未明晰。为此,基于内聚区模型,对纸张的剪切过程进行仿真分析,并给出确定纸张剪切内聚区模型关键参数的方法。首先,通过纸张的纵向和横向拉伸试验,基于各向异性理论,确定纸张的材料常数。其次,基于拉伸应力-应变曲线,结合损伤理论和数值方法,给出纸张内聚区模型的关键参数:最大张力和内聚能。最后,对纸张的剪切试验进行仿真模拟,以验证模型的准确性。结果表明:静态断裂下,剪切试验的全局载荷-位移曲线与试验结果基本一致,验证了模型的可靠性。     

钛合金缺口试样拉伸破坏载荷预测

针对航空发动机轮盘常用钛合金材料,开展了常温和高温下光滑和缺口试样的拉伸变形和断裂行为试验研究,建立了其大变形本构模型。基于该本构模型,利用大变形有限元分析,计算获得缺口试样的载荷-位移曲线。将该曲线最高点对应的载荷确定为试样的拉伸破坏载荷,并与试验进行对比。结果表明理论预测与试验吻合较好,从而验证了所提出的拉伸破坏载荷预测方法的有效性。     

带孔复合材料层板动态拉伸破坏的应变率效应

采用三维Hashin准则作为纤维束损伤判据,根据材料不同损伤模式制定相应的材料性能退化方案,并考虑应变率效应对材料的强度性能进行修正,建立含孔复合材料层合板的渐进损伤分析模型,模拟材料在不同应变率下的损伤破坏过程。通过动态拉伸试验,获得材料在不同应变率下的载荷-位移关系及孔边不同位置的时间-应变关系,讨论了应变率对材料拉伸性能的影响及试件孔边的应力集中情况。有限元分析结果与试验数据相一致,证明了本文所提出分析模型的正确性和有效性。     

隔振支承系统动力学试验与辨识

通过对聚氨酯泡沫塑料的动力学特性进行试验和理论研究，发现聚氨酯泡沫塑料在不同频率与不同振幅作用下其隔振力与位移呈现出典型的迟滞非线性，而且系统的动刚度是频率的非线性函数，与振幅基本无关；阻尼是振幅，速度，频率以及位移的非线性函数，在此基础上本文提出了描述隔振支承系统的动力学方程，并进行了参数辩识。计算与试验比较，吻合较好。     

介电弹性体圆柱形驱动器机电耦合致动过程分析

驱动器薄膜施加高压直流电后产生的轴向力差能使圆柱形驱动器伸长。为研究介电弹性体圆柱形驱动器的动态反应,本文对其机电耦合致动原理及过程进行了分析。圆柱形驱动器的机电耦合致动过程类似于蠕变过程,提出一种广义Voigt线性粘弹性模型来对其进行描述,并对计算结果与试验之间产生误差的主要原因进行分析。根据驱动器机电耦合致动过程中驱动器的准静态位移的非线性及轴向应力的变化对原模型进行改进。试验表明,在驱动器工作电压范围内,改进的广义Voigt模型能较好地描述驱动器机电耦合致动过程,此模型可用于介电弹性体圆柱形驱动器的性能预测和优化。     

基于电位法原理的金属结构裂纹监测传感器研究

针对飞机金属结构裂纹实时监控的需求,提出了一种基于电位法原理的裂纹监测传感嚣的研究方案,并通过试验对方案的可行性进行了验证.试验表明,该传感器的设计方案是可行的;同时建立该传感器的有限元模型对其输出特性进行了仿真分析,得到了备监测点之间电位差随裂纹扩展的变化特征以及裂纹长度与电位差之间的关系,为该传感嚣的进一步研究及应用提供了参考.     

杆式天平轴向力元件测量梁夹角优化分析

针对天平轴向力受法向力干扰较大的问题，提出了一种竖直梁轴向力元件的改进结构。通过理论分析和有限元仿真，获得了轴向力/法向力作用下的轴向力元件变形情况；对结构进行受力分析，得到法向力作用下的轴向力测量梁的变形特点及变形原因。提出了一种改进的轴向力元件测量梁结构，测量梁与主梁的连接夹角为不等于90°的优化夹角，该夹角通过仿真结果中的法向力对轴向力的干扰输出与轴向力有效输出之比和该夹角的线性函数关系获得。对改进的天平轴向力元件的有限元仿真结果表明:与传统轴向力元件相比，改进结构的轴向力有效输出仅减小2.77%，但法向力对轴向力的干扰输出减小了99.32%。改进的轴向力元件具有良好的抗法向力干扰的效果，适用于具有大升阻比特性的飞行器风洞模型气动力试验要求。     

复合纸板力学性能和应变率相关性测试与表征

为了研究复合纸板材料在不同应变率下的力学响应,利用万能材料试验机和高速率拉伸试验机进行了准静态和动态拉伸试验,同时利用高速摄像机和数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)记录拉伸破坏过程和应变场。试验结果显示,纸板材料的拉伸力学性能和破坏机制具有明显的应变率相关性。随着应变率的增大,材料的拉伸强度显著增大,断裂应变在中应变率范围内也表现出明显的应变率效应。对比试验结果和3种应变率效应比表征模型的拟合结果,基于Cowper-Symonds表达式的表征模型,能够很好地描述纸板材料在中低应变率下的应变率效应。该模型对薄壁纸管能量吸收性能的模拟和理论研究,以及冲击防护结构设计提供了理论支撑。     

加载速率对复合材料拉伸力学性能影响研究

复合材料结构在特殊载荷作用下表现出不同的力学承载性能,这一因素将对其在不同速度载荷作用下的力学性能造成一定的影响,了解并研究复合材料结构在不同加载速率作用下的力学性能及内部缺陷和损伤演化规律,对于正确评估其承载性能具有现实意义。对同批次玻璃纤维编织复合材料试件进行三种加载速率作用下的拉伸力学性能试验,通过研究复合材料试件承载性能、损伤状态与加载速率的关系,分析了内部损伤演化对承载能力的影响。采用声发射技术监测复合材料试件损伤过程,分析了声发射信号能量与加载速率的关系,同时从声发射波形历程和破坏时声发射信号特征角度分析了玻璃纤维编织复合材料损伤演化规律。结果表明,随加载速率的增加试件抗拉强度增大;加载速率高低影响复合材料内部损伤的扩展行为,在较低的加载速度下,内部损伤有较长的时间进行充分扩展,从而使复合材料结构的完整性降低,表现为破坏时的部分结构承载;在较高的加载速率下,内部损伤扩展不均匀,反而保持了复合材料结构的相对完整性,表现为较高的拉伸强度。     

反映路谱对车辆制动性能影响的轮胎模型

分析了不平路面上车辆制动时轮胎与路面相互作用时的变化特点，建立了一种能反映在接地印迹上路面不平度对车轮垂直力，制动力及地面制动力矩变化影响的非线性时变轮胎模型，阐述了非线性时变轮胎模型的主要特征。运用非线性轮胎模型仿真计算了不平路面上汽车的制动过程，其仿真计算制动加速度变化与汽车实际制动过程中的变化有相同的规律性，通过仿真计算，说明本文所建立的非线性时变轮胎模型对不平路面上车辆的制动性能仿真研究具     

大机动飞行中孤立旋翼的非定常空气动力模型

为提高旋翼他轴响应的预测,气动模型应当计入机动旋翼的尾迹畸变效应,而准确表示尾迹弯曲参数Kn是关键。为表达机动导致的各种效应,增广Peters-He有限状态尾迹模型可以吸收随飞行状态变化的Kn值。根据烟流实验,该参数随旋翼前飞速度、拉力和机动角速率而变化。旋翼的空气动力实验表明,旋翼轴接受准阶跃输入后,同轴及他轴的空气动力响应有过冲,且俯仰速率愈大,过冲幅值愈大。理论和实验结果的对比显示,为了正确计算机动飞行中的旋翼气动力,特别是操纵的他轴响应,应在模型中采用随状态变化的尾迹弯曲参数Kn。此外,在当前模型基础上联合动态尾迹畸变模型,计算出的旋翼力和力矩更接近试验数据。     

星箭力限试验条件设计研究

阐述了星箭振动试验过程中的过试验现象及其机理,分析了几种常用的力限试验条件设计方法。通过建立星箭分析模型,利用三种分析方法进行了星箭力限试验条件的计算,并与星箭耦合分析、振动台仿真分析结果进行了对比。表明如果两个子系统的有限元分析模型和外载荷在分析频段均可靠,直接通过有限元软件获得界面力和界面加速度,并进一步得出二者的转换关系,应更有应用价值。在有限元模型不可靠或星箭结构方案设计阶段,基于复杂二自由度模型的简化分析方法,可以较好地得到力限试验条件。     

高弹性橡胶夹层结构封严板分析方法

飞机活动面缝隙采用封严结构可以有效提升隐身性能。本文提出了一种橡胶夹层结构的封严板结构,对该封严板使用的橡胶材料进行了单轴、等双轴与平面拉伸试验。对常用的Mooney-Rivlin、二次多项式、Neo-Hookean、Yeoh和三次Ogden本构模型进行拟合分析,确定了二次多项式和三次Ogden形式的高弹性材料模型,在此基础上建立了封严板结构有限元模型并进行装配分析和气动载荷作用分析。最后通过试验验证了所选用的橡胶材料高弹性本构模型与橡胶夹层封严板结构仿真分析方法的正确性。     

轴对称矢量喷管作动系统矢量偏转受载特性研究

针对轴对称矢量喷管实际工作时A9作动筒负载未知问题,提出了结合轴对称矢量喷管空间运动学模型和矢量偏转CFD模型的耦合建模方法。首先根据CFD计算求解喷管扩张调节片受载情况,然后由运动学模型确定偏转过程各调节机构空间位姿,最后结合受力分析、力矩分析建立矢量喷管A9作动系统受载分析力学模型,解得A9作动筒受载情况。仿真结果表明:随着发动机工作状态的增加,完成相同的矢量偏转角度,A9作动筒输出力不断增大;A9作动筒输出力随矢量偏转角增大而增大,随矢量方位角变化呈现正弦周期性变化。该方法可为矢量喷管作动系统地面加载试验提供载荷谱,具有重要的工程应用价值。