多跨加筋板的动态裂纹扩展

提出了一种加筋板数值分析中筋条与板相互作用的计算模型,用有限差分法对多跨加筋板结构进行了动态裂纹扩展分析计算。当筋条位于板的边界时,筋条的作用可以作为边界力处理;当筋条位于板的内部时,其作用可作为局部作用的类似体积力进行分析。按照这种模型对多跨加筋裂纹板进行静态与动态断裂分析。计算结果表明:筋条具有降低裂纹尖端应力强度因子作用,在裂纹动态扩展情形还能降低裂纹扩展速度甚至止裂。     

不同载荷下螺栓法兰连接结构非线性刚度影响因素

为研究各影响因素对螺栓法兰连接结构非线性刚度的影响规律,建立了带升角螺纹连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,并验证了模型的有效性,分别进行了拉伸、弯曲、扭转载荷下仿真分析。结果表明:螺栓初始预紧力越大,连接结构抗弯、抗扭刚度越大,初始预紧力对抗拉刚度没有影响,拉伸载荷下初始预紧力提高了两法兰分离的临界阻力,弯曲载荷下,初始预紧力越大,触发两法兰出现开口状态的外部弯曲力矩值越大,各螺栓越不容易承担外力,两法兰开口前,初始预紧力对连接结构抗弯刚度影响较小,开口后影响较大;螺栓直径越大、个数越多,连接结构抗拉、抗弯、抗扭刚度越大;螺栓位置越靠近法兰筒,连接结构抗拉刚度越大,分别存在一个最优螺栓位置值,使得连接结构抗弯和抗扭刚度最大;结合面间摩擦因数对连接结构抗拉、抗弯刚度没有影响,结合面间摩擦因数越大,连接结构抗扭刚度越大,其中法兰-法兰结合面间摩擦因数对刚度曲线第一段内抗扭刚度影响较大,螺栓-法兰结合面间摩擦因数对第二段内影响较大。      

带圆孔加筋板的应力强度因子解析

采用Paris位移公式以及位移协调和叠加原理推导了求解带孔开裂加筋板的铆钉力计算式,并由此推导了只在孔边蒙皮上有裂纹和蒙皮开裂并在桁条上产生中心穿透次裂纹的两种开裂模态下的应力强度因子表达式,讨论了蒙皮与桁条的刚度比、铆钉间距以及裂纹扩展对裂尖应力强度因子的影响,得出了有参考价值的结果。     

压缩载荷下复合材料加筋板屈曲参数研究

基于复合材料加筋板的双胞单元模型和势能最小原理,运用解析算法给出了简支条件下复合材料纵向加筋板临界屈曲载荷方程,对影响复合材料加筋板临界屈曲栽荷的主要参数：加筋板各项异性比,筋条的弯曲刚度,筋条间距和加筋板的长度进行了研究。解析算法和有限元方法给出了不同参数对复合材料加筋板屈曲载荷的影响水平。研究结果表明：针对不同筋条间距的复合材料加筋板筋条弯曲刚度存在一个阀值,当筋条高度大于阀值时,屈曲载荷不会随筋条弯曲刚度的增加而增加;给出的临界屈曲载荷方程可以方便的计算出压缩载荷下简支加筋板的屈曲载荷。     

含多裂纹对接板应力强度因子三维有限元分析

应力强度因子（SIF）分析是含多部位损伤（MSD）结构的裂纹扩展分析及寿命预测的基础,对于连接结构采用简化模型难以考虑次弯曲、铆钉变形等因素影响。本文建立了含MSD对接板的三维有限元模型,研究了不同损伤模式、设计构型和约束条件下的裂纹尖端SIF分布特性以及随裂纹长度的变化规律。结果表明,孔边裂纹Ⅰ型SIF起主导作用,Ⅱ型和Ⅲ型SIF可忽略不计;由于次弯曲效应,SIF从外表面到内表面近似呈线性关系逐渐增加;MSD裂纹之间存在较强的干涉作用,且裂纹间距离越短数量越多,干涉作用越强;SIF随拼接板厚度增加呈先增加后降低的趋势,原因是拼接板刚度和铆钉柔度对铆钉载荷传递有一定影响;采用埋头铆钉会使SIF值增加,且内外表面差异变得更大;反翘曲约束对裂纹尖端SIF均值影响很小,但能显著降低SIF沿厚度方向的变化。     

复合材料整体化加筋壁板高速冲击损伤数值模拟

 以复合材料结构抗弹性能分析与设计为目的,根据纤维的线弹性假设和基体的粘弹性假设,推导了复合材料单向板的粘弹性本构关系,导出了高应变率下复合材料层板的一阶剪切理论,建立了复合材料整体化加筋壁板高速冲击有限元分析模型.该模型引入界面单元模拟复合材料层间分层以及筋条与壁板间的脱粘损伤,结合Hashin失效准则进行筋条和单层板面内损伤识别,引入材料刚度退化,采用非线性有限元方法,研究了复合材料加筋结构高速冲击的破坏过程及损伤特性.数值分析结果与实验结果吻合良好,证明了该方法的合理有效性.探讨了筋条参数对高速冲击损伤的影响规律,获得了一些有价值的结论.     

加筋板声响应的解析分析

解析分析建立离散加筋板模型，探讨筋和板的应变／应力的关系。引入板的应力函数和横向位移函数，通过筋和板的应变协调条件，得到加筋的弯矩和膜力，忽略面内位移的影响，考虑加筋板结构总的能量，运用Hamilton变分原理推导出加筋板结构的运动控制方程，则可以得到由应力函数和横向位移函数两个变量表示的运动控制方程。对横向位移函数采用双级数假设，根据板的变形协调方程，得到应力函数的表达式，运用伽辽金方法，最终得到横向位移函数表示的动力控制方程，求解该方程得到横向位移函数，进而得到板上各点的应力／应变响应，并用于计算典型结构件的声响应（频率、戍力）分析。     

含边缘裂纹半无限大加筋板的应力强度因子

采用交替迭代法及复应力函数与变分原理相结合的方法求解了含边缘裂纹半无限大加筋板的应力强度因子。分析中考虑了铆钉柔度的影响和边加筋条断的情况。对于一些特定的结构参数和3种铆钉柔度,给出了无量纲应力强度因子随裂纹长度的变化曲线。     

复合材料加筋壁板结构布局快速优化设计方法

在建立复合材料加筋壁板刚度等效模型的基础上,总结了加筋板局部、总体失稳和筋条扭转失稳的理论计算方法,并将三类屈曲的临界屈曲载荷与设计载荷相等作为优化设计准则,得到了一种适用于不同筋条截面形状的复合材料加筋壁板结构布局快速优化设计方法。将该方法的优化结果与有限元分析结果进行对比,结果表明,该算法用于复合材料加筋壁板优化设计具有较高的准确性和效率,能够较好地满足工程需求。     

蜂窝状刚性（道）路面（CRP）的温度效应分析－－与平板相比较

在有荷载应力时，温度对刚性（道）路面的影响业已证明是一个非常重要的疲劳因素，尤其板块的角隅处更为明显。本文用有限元法分析了用废塑料板模压成形的正交矩阵蜂窝状穹顶单元刚性（道）路面（CRP）的铺筑方法，得出了在标准公路当量荷载（ESAL）下产生的温度应力，进而对温度效应进行了比较，分析得出CRP底部的温度拉应力明显低于PCC实体板（solid slab），而在荷载条件下，拉应力值从稍高变为很低。在实体板中，上部温度拉应力超过板的强度，而CRP板中上部的应力却不重要。CRP的应用在很大程度上可以看作是减少（与实体板道面厚度相同的）道面中的温度应力疲劳效应，而且有可能胖随着荷载应力在道面中产生相同的或较高疲劳寿命。     

刚度导数法在含裂纹铆接加筋板应力强度因子计算中的应用

本文探讨了刚度导数法用于含裂纹铆接加筋板应力强度因子计算的问题。提出了选取对刚度导数矩阵有贡献元素的一种新方法,成功地解决了裂尖位于筋条轴线附近时,采用刚度导数法计算应力强度因子的困难。算例结果表明,本文提出的方法是正确有效的。文中还阐述了刚度方程降阶的方法,这种方法对于应用小容量计算机求解较大的结构分析问题,有一定的参考价值。     

Core reinforcement design for improving flexural energy-absorption of corrugated sandwich composite structure

To strengthen Specific Energy-Absorption (SEA) behavior of Sandwich Composite Structure (SCS), a kind of light-weight vertical stiffener is proposed for the corrugated core. The vertical stiffener, embedded in the corrugated core, can not only absorb part of energy but also simultaneously enhance Energy-Absorption (EA) of other components. The Hashin damage model considering the shear stress and ductile damage model is adopted to predict the failure of carbon fiber face-sheets and aluminum-core, respectively. The perfect bonding is modeled for interfaces between the face-sheet and core due to little realistic debonding. The finite element model is verified by available data of conventional SCS. To obtain more design ideas, several stiffeners with different thicknesses, numbers, and positions are investigated. From the predicted results, both the flexural load and deformation of SCS correlate well with experimental results. It is highlighted that the SCSs with different vertical stiffeners exhibit 9.74%–58.48% higher SEA than the SCS without stiffener. The complex reinforcement mechanisms are extensively revealed by underlying coupling EA and deformation mechanisms. Structural parameter analysis shows that the thickness and number have significant effects on the flexural behavior and SEA of reinforced SCS.     

不同筋条刚度下复材加筋板剪切稳定性分析

在面内纯剪切载荷作用下,复合材料加筋壁板易丧失稳定性。通过试验与有限元仿真方法研究不同筋条刚度配比对复合材料加筋壁板屈曲及后屈曲行为的影响。试验中采用莫尔云纹观测法对试验件的屈曲模态进行定性观测,根据试验数据对试验件屈曲承载能力进行评估。研究结果表明:在保持筋条横截面积不变,只改变下缘条宽度和腹板高度的情况下,随着腹板高度的增加(下缘条宽度减小),筋条相对蒙皮的惯性矩增大,屈曲载荷逐渐减小;筋条刚度对屈曲载荷影响较大,对破坏载荷影响很小。有限元模拟结果与试验结果吻合较好。     

Buckling of composite panels: A criterion for optimum stiffener design

In this paper a linear, closed-form analysis of the buckling behavior of an orthotropic plate with elastic clamping and edge reinforcement under uniform compressive load is presented. This is a typical structural situation found in aerospace engineering for instance as stiffeners in wings or the fuselage. All governing equations are transformed in a dimensionless system using common characteristic quantities to gain good analytical access. The buckling behavior is analyzed and generic buckling diagrams are presented. The solutions show excellent agreement with results from literature and numerical analyses.The minimum bending stiffness of the edge reinforcement needed to withstand buckling is examined and a minimum stiffness criterion is presented. Furthermore an absolute minimum bending stiffness is found which is sufficient to enable the reinforcement to act as a near-rigid support for arbitrarily long plates. These criteria are of interest for optimized lightweight design of stringers and stiffeners.     

薄壁结构的加筋布局优化设计

采用拓扑优化方法研究了薄壁结构的加筋布局优化问题.考虑到航空航天领域薄壁加筋结构的大量使用与结构形式的复杂性,提出了一种适用于有限元自由网格剖分的加筋设计新方法--几何背景网格法.该方法一方面通过定义几何背景网格的大小,实现了加筋设计域内任意离散网格沿加筋高度方向的布局参数化定义;另一方面,通过背景网格曲线坐标系下的定义,实现了三维曲面薄壁壳结构的加筋布局设计.采用该方法分别对平面结构与曲面薄壁结构进行了以结构刚度最大为目标的加筋优化设计.数值结果表明,所提出的方法能有效获得合理的加筋布局.     

薄壁结构的加筋布局优化设计

采用拓扑优化方法研究了薄壁结构的加筋布局优化问题。考虑到航空航天领域薄壁加筋结构的大量使用与结构形式的复杂性,提出了一种适用于有限元自由网格剖分的加筋设计新方法——几何背景网格法。该方法一方面通过定义几何背景网格的大小,实现了加筋设计域内任意离散网格沿加筋高度方向的布局参数化定义;另一方面,通过背景网格曲线坐标系下的定义,实现了三维曲面薄壁壳结构的加筋布局设计。采用该方法分别对平面结构与曲面薄壁结构进行了以结构刚度最大为目标的加筋优化设计。数值结果表明,所提出的方法能有效获得合理的加筋布局。     

转子支承不对中故障建模与机理分析

针对工程实际所出现的不对中现象，建立了一个转子支承不对中故障的通用模型。将任意形式的联轴器在径向刚度和 角向刚度等效的前提下简化为1个等效模型，该模型与实际的总体径向刚度和角向刚度等效，依据实际联轴器刚度计算得到等效 模型参数；根据等效联轴器模型推导出转子系统由于连接对角向位置的不均匀、连接刚度的差异性和非线性等不确定性因素所产 生的不对中激励力，基于此建立含转子支承不对中故障的转子-支承耦合动力学模型。通过故障仿真分析得到转子支承不对中故 障激励下的振动特征，通过数值仿真验证了平行不对中和角度不对中故障的2倍频和4倍频现象，以及由于角度不对中产生的1 倍频轴向振动现象。利用含套齿联轴器的3支点转子故障模拟试验器进行了特征转速下多种不对中工况的振动响应试验，通过 比较仿真结果的精度达到85%以上，表明所提出的转子支承不对中故障通用模型的正确有效性。     

一种含分层复合材料层合板高阶理论及有限元模型

本文提出了一种新的复合材料县合板高阶弯曲位移模式。此模式考虑了横向剪切的影响,得到一种新的厚板有限元模型。对于含有分层的单元,通过改变其单元内横向剪切应力的分布,达到改变单元刚度的目的。因此,此模型适用于任何厚度的或含有分层的复合材料层合板。