复合材料波纹梁吸能能力的数值模拟

 运用MSC/DYTRAN有限元软件,对3组不同尺寸的碳纤维—环氧树脂圆弧形波纹梁的破坏过程、峰值载荷和能量吸收能力进行了数值模拟研究。由于MSC/DYTRAN有限元软件不能直接用于复合材料的吸能分析,分析时采用了等效的方法。比较波纹梁的计算结果与准静态轴向压溃试验的结果可见,两者较为一致。在此基础上分析了波纹梁的耐撞性,得到波纹梁在碰撞过程中的吸能数据,进一步研究了不同薄弱环节设置对波纹梁峰值载荷的影响。说明采用了等效的方法并运用该有限元软件来模拟复合材料结构的吸能能力是可行的。     

带加固连接的复合材料梯形梁结构吸能特性研究

通过对梯形梁的连接部分加固,能够改善梯形梁准静态压溃时的失效模式并提高其吸能能力.分别用单层壳和叠壳有限元模型的建模方法,研究无加固连接的复合材料梯形梁在轴向准静态压溃下的吸能特性.在叠壳有限元模型建模可行且仿真结果准确,同时单层壳有限元模型达到了叠壳模型的预测精度,在此基础上,用单层壳有限元模型的建模方法研究带圆柱形和圆锥形两种加固连接的梯形梁在轴向准静态压溃下的吸能特性,并对比这两种加固连接的梯形梁的载荷位移曲线和比吸能大小,得出带圆锥形加固连接的梯形梁的峰值载荷最低同时比吸能最大.     

基于非线性渐进损伤模型的复合材料波纹梁耐撞性能研究

基于连续介质损伤力学,提出了一种包括层内和层间失效的非线性渐进损伤模型来预测复合材料波纹梁在轴向冲击下的失效行为。其中,层内损伤采用最大应力准则,并结合指数型损伤演化法则和刚度折减方法预测失效后的材料参数。层间损伤模型则采用了二次名义应力准则、基于混合模式能量的指数型损伤演化法则和黏性刚度折减方法建立。基于该模型,对典型的波纹梁结构参数和触发等对耐撞性的影响进行了研究。结果表明数值模拟结果与试验结果基本吻合,模型能够准确地模拟复合材料波纹梁在冲击过程中出现的分层、纤维和基体破坏等失效模式。波纹梁在破坏过程中吸收的能量、比吸能和载荷峰值随层数不断递增,降低高度和减小触发结构的截面面积均会降低载荷峰值。     

复合材料薄壁管轴向压溃吸能特性数值分析

采用数值模拟方法,对具有不同截面的几何等效复合材料管在轴向压溃载荷下的破坏吸能特性进行了分析。通过将复合材料圆管的准静态压溃计算结果与试验数据对比,验证了建模方法的准确性。在相同工况下对比分析了典型截面复合材料管的准静态和冲击压溃吸能特性。结果表明,复合材料管的截面形状会影响其破坏失效模式,加载条件对管的破坏吸能特性具有一定影响。正六边形截面管具有最好的综合吸能性能。     

纤维缠绕角度对CFRP-Al混合圆管横向受载性能影响

基于准静态横向弯曲试验对缠绕工艺下制备的CFRP/Al混合圆管进行抗弯性能和吸能特性研究,分析了混合圆管的破坏模式,基于不同纤维缠绕角度的碳纤维复合材料-铝合金混合圆管三点弯曲试验结果,通过有限元仿真方法研究了内层纤维缠绕角度对其横向抗弯与吸能特性的影响。试验结果表明,CFRP-Al混合圆管横向载荷下的失效形式、损伤模式与纯铝管基本保持一致,但受纤维缠绕角度的影响失效形貌略有差异。纤维缠绕角度越小,CFRP-Al混合圆管的抗弯性能和吸能性越好,同时压溃效率(CFE)明显降低。基于验证的有限元模型,研究不同角度纤维缠绕内层对于表层纤维层的应力传递影响,小角度缠绕内层对于管件的轴向拉伸变形抑制增加了管件整体峰值载荷与吸能作用,大角度缠绕内层对于管件环向刚度的提升增加了整体压溃效率。依此分析可为合理设计CFRP-Al混合管提供有效依据。     

复合材料机身C型柱准静态压溃仿真及失效模式

为了研究复合材料机身薄壁C型柱结构轴向压溃吸能特性、失效模式及C型柱多层壳单元建模方法,建立多层壳单元有限元模型,基于准静态轴向压溃实验结果进行对比验证。结果表明:C型柱多层壳单元模型能够在一定程度上模拟层间分层失效及压溃过程中的局部弯曲变形和层束弯曲失效模式;仿真与实验的载荷-位移曲线吻合性较好,压溃初始峰值载荷,比吸能以及压溃均值偏差较小;但C型柱结构压溃初始峰值载荷较大,载荷效率较低,需通过优化设计进一步降低其初始载荷峰值。     

泡沫铝填充薄壁管复合结构压缩与吸能性能

采用填加造孔剂法制备泡沫铝,将其填充入6061铝合金薄壁管中制备填充复合结构,通过准静态压缩实验研究填充间隙、黏结方式以及薄壁管的壁厚等参数对泡沫铝填充管力学和吸能性能的影响,确定最佳制备参数。通过准静态压缩实验和落锤冲击实验,研究在不同应变率下单一与复合结构的力学和吸能性能特点。结果表明:在准静态压缩实验中,当应变为60%,泡沫铝填充管的吸能量是泡沫铝与薄壁管二者数值加和的122%;在冲击实验中,和单一结构相比,复合结构的冲击载荷更加稳定,且具有更高的平均冲击载荷,吸能能力更强;相对于单独的泡沫铝,泡沫填充薄壁管在压缩和冲击吸能方面均有较大的提升。     

轴向力作用两端支承梁的固有特性和稳定性分析

推导了轴向力作用下的两端支承梁的运动微分方程,以两端支承梁的振型函数为假设振型函数,分析了不同扭转弹簧刚度下轴向力变化对梁固有频率的影响,导出了两端支承梁在临界轴向力作用下的解析表达式,讨论了扭转弹簧刚度对梁临界轴向力的影响特性.     

复合材料增强铝方管耐撞性数值模拟

基于复合材料增强铝方管准静态轴向压溃试验结果,通过有限元仿真方法研究其耐撞性及压溃吸能特性.建立复合材料增强铝方管双层壳单元有限元模型,进行仿真分析获得其变形失效模式及载荷位移曲线等,通过与实验数据对比验证材料模型及有限元模型的准确性,并进行压溃结果分析.基于验证的有限元模型,研究薄弱环节设置、复合材料纤维铺层角度对其轴向压溃吸能特性的影响.结果表明:顶部设置圆孔薄弱环节比设置45°外倒角更能有效改善吸能特性;随着复合材料纤维铺层角度的增大,其吸能能力会随之增强.     

复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究

通过对低速冲击试验和准静态压痕试验进行对比,获得了冲击能量(准静态压痕力)与层压板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度的三组对应关系.分析表明,损伤面积、损伤宽度和凹坑深度均可作为损伤参数来建立低速冲击和准静态压痕损伤的等效性.当冲击能量或准静态压痕力达到一定值后,三组对应关系曲线上出现拐点,两类试验的拐点相差很小,且两类试验的变化趋势相同,初步说明了用准静态压痕试验替代低速冲击试验是可行的,同时在较低冲击能量(拐点值之前)下准静态压痕力近似等于相对应的冲击能量下冲击过程的最大接触力.对两类试验过程进行分析,准静态压痕试验的初始分层载荷较冲击试验稍低,但两类试验过程中载荷的变化趋势相同,进一步说明了低速冲击试验和准静态压痕试验损伤的等效性.     

弹性波纹环减振轴承设计与分析

设计了一种圆周周向呈现正弦波纹状的弹性圆环轴承阻尼器,与滚动轴承耦合到一起,实现轴承减振吸能功能。建立了弹性波纹环减振轴承的力学模型,利用有限元方法对该减振轴承进行力学性能分析,研究了弹性波纹环几何参数对其应力分布和径向压缩刚度的影响以及弹性波纹环的减振吸能效果。结果表明：与弹性凸台环比较,弹性波纹环的应力分布有了很大改善,在给定工况下,最大Mises应力从1 356 MPa降低到464 MPa,应力减小了64%,消除了应力集中现象;弹性波纹环的厚度、波纹周期数和弹性环直径对弹性环的应力和刚度影响显著。弹性波纹环的引入大幅度降低了轴承在振动冲击时受到的冲击力。     

Precise output loads control of load-diffusion components with topology optimization

The purpose of this paper is to present a novel topology optimization approach to control precisely the output loads under static loads and harmonic excitations. We introduce the Artificial Bar Element (ABE) at the designated output positions, where the output loads are equivalently measured and constrained with the nodal displacements of ABE. Optimization model is then formulated considering the output load constraints as well as the minimization of strain energy and dynamic displacement responses respectively under the static and dynamic conditions. The influences of the ABEs stiffness, different material usages of the design domain, widths of the output loads constraint intervals and variation ratios of output loads are discussed in detail. The proposed method is verified with several numerical examples with clear and reasonable load transfer paths.     

大柔性飞机非线性飞行载荷分析及优化

 大柔性飞机在气动力作用下产生较大的弯曲变形,线性理论难以获得比较合理的载荷分析及优化解答。为了综合考虑结构气动非线性效应的影响,飞机结构由相互连接的几何非线性欧拉梁表示,升力面由顺来流方向沿展向分布的可压缩马蹄涡网络表示,通过多控制面协调偏转对飞行载荷进行优化。算例表明：随着变形增大线性分析结果将产生误差,最大误差接近20%;通过协调偏转升降舵与机翼上的4组控制面显著减缓了翼根弯曲载荷13.6%。得出以下结论：结构弯曲效应将导致升力损失,线性理论的分析结果将产生显著误差;多控制面协调偏转方法可有效减缓结构载荷。     

三维机织复合材料侧压性能有限元分析

使用Pro/E 5.0构建出一种三维角联锁机织复合材料细观结构模型,利用ANSYS分析侧压载荷下复合材料中纤维与树脂应力应变分布情况,预测复合材料在侧压载荷下的力学行为,并对比复合材料侧压性能。结果表明:复合材料侧压性能表现出各向异性,纬向侧压性能好于经向;复合材料中纤维承载更多的载荷作用,树脂发生更大的变形;轴向平行于侧压方向的纤维承受更大的载荷作用,轴向垂直于侧压方向的纤维承受较小的载荷作用。     

高速开关阀在起落架半主动控制中的应用研究(英文)

To select or develop an appropriate actuator is one of the key and difficult issues in the study of semi-active controlled landing gear. Performance of the actuator may directly affect the effectiveness of semi-active control. In this article, parallel high-speed solenoid valves are chosen to be the actuators for the semi-active controlled landing gear and being studied. A nonlinear high-speed solenoid valve model is developed with the consideration of magnetic saturation characteristics and verified by test. According to the design rule of keeping the peak load as small as possible while absorbing the specified shock energy, a fuzzy PD control rule is designed. By the rule controller parameters can be self-regulated. The simulation results indicate that the semi-active control based on high-speed solenoid valve can effectively improve the control performance and reduce impact load during landing.     

舰载飞机拦阻钩载荷实测方法研究

为完成某舰载飞机飞行试验任务,采用应变法实测了其拦阻着舰时的拦阻钩载荷。在分析着舰拦阻过程中拦阻钩受载状态的基础上,建立了拦阻钩纵向、侧向和垂向这3个方向上的载荷模型;对拦阻钩钩臂进行内力分析,设计了载荷测量应变电桥,并进行了载荷校准,建立了载荷方程。给出并详细分析了典型拦阻过程中的拦阻钩载荷,计算了拦阻功量及拦阻系统的效率。最后,通过与常规单向载荷模型的对比,探讨了采用三向载荷模型的意义。分析表明,建立的模型和采用的方法正确,结果合理可信,可供相关工程参考。     

镀金属碳纤维吸波涂层添加剂的初探

吸波涂层采用导电纤维作为添加剂,主要吸波机制是以导电纤维作为谐振电偶极子,与具有损耗性能的介质材料基体相配合,将入射电磁波的能量大量谐振消耗在基体里,从而达到衰减的目的。导电纤维可以采用金属丝、不锈钢丝,镀铝涤纶纤维、镀银尼龙纤维以及镀金属碳纤维等本文采用镀金属碳纤维(MCF)作为主要研究对象。     

Carbon-Epoxy圆管件的静态吸能特征

 Carbon/Epoxy复合材料可以用作理想的吸能材料。为了考察材料体系对结构吸能性能的影响,对一系列Carbon/Epoxy圆管件进行了静态吸能性能试验。试验结果表明,在基体种类相同的条件下,结构的压溃失效模式有很大的区别。材料的吸能性能不仅同材料性能关系密切,而且也受材料纤维方式影响。     

翼型测力天平的研制

为研究翼型结冰状态下的载荷变化规律，对翼型进行测力实验。研制一台三分量翼型测力天平。天平设计的突出难点为设计载荷极不匹配，阻力测量载荷很小。设计时，针对翼型载荷的特点，采用片梁组合方式测量阻力，四柱梁测量法向力及俯仰力矩，并采用有限元方法对结构进行了验证计算。主要介绍天平的设计、校准及应用情况。