基于剩余强度的复合材料补片形状优化研究

以复合材料层合板的圆形孔洞损伤为例,利用三维有限元模型分析了六种不同形状补片修补结构在受纵向拉伸时的应力分布情况.分别仿真了常规形状的补片以及混合型形状的补片修补情形,同时利用由剩余强度理论和局部应力应变法相结合得出的数学模型,对各种修补模型进行了剩余强度的计算.通过计算得出,带倒角矩形、两圆相交型等混合型补片对损伤母板进行修理后其强度恢复明显,应力峰值较小.混合型形状补片对复合材料贴补修理有一定的指导意义.     

热环境

用有限元法改进热应力计算本文描写用有限元法决定结构元件中热应力的方法。方法中避免了计算必须有确切尺寸情况下进行。由于受热结构一般对空间分布温度变化的灵敏度差,所以可使用有效应力计算法,并从大网格有限元解得到应变。于是同细网格温度分布应力—应变—温度状态方程联用便得到细网格结果。这方法的有效性已在计算H3T航天机的垂直尾翼受模拟再入地球环境的热应力中得到验证。     

采用解析积分的常单元边界元法

本文采用一种在局部坐标系中的解析式来计算常边界单元及内点应力的方法,推导了常单元的积分解析式,并对若干典型例子进行了分析和讨论。算例结果表明,采用本文的方法,能获得较高的精度,尤其在计算应力集中区的应力及靠近边界的内点应力时,效果更为显著。     

复合材料叠层结构孔口附近应力分析方法研究

本文在总结前人对复合材料结构开口的应力集中研究的基础上,根据孔口附近应力场的特点,提出了一种适于工程应用的复合材料叠层结构开口附近应力分析的有限元改进算法。由于应力计算精度的改进仅在孔边、拐角等高应力梯度区域局部进行,且改进后的单元能进一步精确描述应力集中区的应力场。因而,使用该方法计算孔边应力,用较少的单元就能得到满意的精度,大大减少了计算费用和时间。 文中选择了一些有代表性的考题验证了该方法的有效性。并着重研究了带有圆角矩形孔的复合材料层板结构的孔边应力分布,给出应力集中系数随圆角半径的变化规律、孔边加强对应力集中的改善以及±45°纤维铺层比例对孔边应力分布的影响,得到了一些对工程部件开口设计有用的数据资料。     

支架底座局部强度计算方法研究

近年来航天结构强度分析方法逐渐从工程算法发展到有限元计算方法。这两种方法在强度分析中各自有其优缺点。针对航天运载器中普遍存在的支架底部强度计算问题,采用工程算法和有限元方法进行了对比计算,分析了两种算法各自的适用范围。     

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。     

含孔边裂纹各向异性有限板的二维问题

应用边界元法,并结合一种特殊的复变函数基本解,研究了含孔边裂纹的各向异性有限板的应力强度因子修正系数的计算。这种特解边界元法避免了在裂纹附近划分单元,可以获得较好的数值计算精度。通过算例分析,结果表明本方法精度高,运算量小,具有一定的工程应用价值。     

大迎角机动进气道试验装置有限元分析与优化

为给战斗机进气道的优化设计和性能评估提供试验平台,需要研制一套具有良好静、动态性能的大迎角机动进气道试验装置.介绍了该装置的结构、原理,并以该装置的有限元模型为研究对象,简述了有限元建模中的几何清理、网格划分等过程,对装置的强度、刚度和动态性能进行了有限元分析;阐述了优化设计的理论与方法,用尺寸优化方法对重要部件的厚度进行了优化.计算结果表明:装置的结构满足强度和刚度的要求,动态性能良好;通过尺寸优化,部件转动惯量得到明显减小.     

基于压弯刚度匹配论则的复合材料加筋板结构优化设计

提出一种评估加筋板承载效率的量化方法,用于初步实现复合材料加筋板中加强筋布局与尺寸的优化.讨论了不同压缩与弯曲刚度的匹配模式对于复合材料加筋板临界失稳载荷的影响.将全局失稳载荷、局部失稳载荷与静载荷的接近程度作为评判结构承载效率的指标,构建了一种以压缩、弯曲刚度系数作为设计变量并反映结构效率的代理模型,避免了局部最优点的出现,更利于数值寻优.通过一种典型复合材料加筋板的有限元分析验证,发现压-弯刚度匹配模式与结构效率之间存在明显关系.优化后壁板的临界失稳载荷与所施加的静载荷基本一致,从而验证了基于承载效率以及结构总体刚度匹配关系的优化方法的可行性.     

半椭圆表面裂纹张开位移的一种近似法

由于表面裂纹的应力强度因子的精确解很难得到,本文提出了半椭圆表面裂纹的应力强度因子的一种新求解方法,并尝试在欧文近似算法基础上用有限元算法来试解此类问题;研究了不同载荷下表面裂纹应力强度应子与埋藏裂纹应力强度因子比值的变化及与欧文比例系数进行了比较,验证了本文近似算法的有效性,为工程计算提供了参考依据。     

复杂结构振动的一种超单元简化分析

本文提出了一种建立在常规有限元模型上的超单元分析方法,对复杂结构的振动分析进行降阶简化处理。这种方法是把结构重新以超单元形式划分,在超单元内部采用了简化的动减缩方法;边界上则采用局部位移场重新插值方法,或采用局部刚化的方法。由超单元组装得到的总体矩阵仍具有对称、稀疏等性质,得到的动力学方程仍具有常规形式。这种超单元分析方法不但大大降低了求解模型的阶次,扩大了求解能力,而且易于编程,求解方便。文中还通过摄动分析讨论了内部模态截取准则,以保证求解的有效性和可靠性。数值算例表明,本文方法是很有效的,且具有较高的求解精度。     

壁挂式矩形截面水箱应力分析

矩形截面水箱的受力状态比圆形截面复杂，但其制造方便、成本低、且平稳性好。为了解决其应力计算问题，针对某一尺寸矩形截面容器，根据结构力学中超静定结构和弹性力学中矩形薄板小挠度弯曲理论，进行了应力分析计算，得出了侧板、底板最大应力值；在此基础上，采用ANSYS有限元理论进行了分析计算，并与前述分析结果进行了分析对比。结果表...     

复合材料层板层间应力分析的非协调元方法

构造了一种非协调元方法，并用于复合材料层析间应力的分析。与常规的协调们移单元相比，非协调元能明显地提高计算精度，与杂交元相比又具有列式简单、计算效率较高的优点。非协调元属于单变量有限元，但从本质上补证明与杂交元存在等价性，因而具有多变量有限元的一些优点。在以往的复合材料层间应力分析中，单变量的们移元和多变量的杂交元比较多见。本文试图把非协调元应用于层间应力的分析。结果表明，这一方法兼有位移元和杂交     

缝纫/RFI层合板单钉连接性能计算研究

本文建立了三维有限元分析模型,对缝纫层合板的单钉连接性能进行了理论分析,模拟了钉孔受挤压边缘附近一些典型的针脚位置情况．计算得到钉孔周同的平均径向应力和层间应力分布;并且应用三维点应力损伤判据,得到各种典型针脚位置情况下的缝纫层合板初始挤压破坏强度。研究结果表明,计算结果和试验结果吻合较好,证明该模型能有效地分析缝纫层合板单钉连接性能。且不同针脚位置对缝纫层合板机械连接性能确有重要的影响。     

基于导波监测的复合材料加筋结构冲击后剩余强度预测

对应用超声导波在线监测信息评估复合材料加筋结构冲击后剩余强度进行了研究。首先针对所监测的对象设计布置了压电传感网络并构建结构健康监测系统,通过局部信号差分系数计算出不同传感路径上的损伤指标,融合损伤概率成像方法识别损伤位置,测算形状因子以近似表征损伤尺寸。然后构建加筋结构有限元模型,由在线监测结果反馈损伤信息,采用软化夹杂法等效冲击损伤,依据复合材料损伤渐进失效分析理论,预测冲击后加筋结构的剩余极限强度。通过低速冲击、超声导波监测和压缩强度等一系列实验验证了所提出方法的有效性,为结构健康监测最高层次的应用提供基础。     

TB200飞机无裂纹零号框改装方案剩余强度研究

基于有限元方法确定了造成TB200型飞机零号框裂纹的主要应力分量,验证了有限元分析模型的可靠性。对零号框损伤后结构的应力状态进行了分析,说明了对未损伤结构进行加固改装的必要性。给出了对未损伤零号框结构进行加固改装的方案,分析了改装后结构的应力状态和表征剩余强度的静强度恢复系数。计算结果表明加固改装方案能有效降低零号框应力,载荷主要由零号框加强片承担,结构剩余静强度高于框原始状态静强度。预测了加固改装后结构出现损伤的具体位置和损伤形式。     

温度载荷对壁板动力学特性的影响

提出了一种新的结构热应力、热模态求解方法。采用多变量有限元方法进行几何非线性单元列式,将温度的影响转化成热载荷进行静力学非线性有限元分析得到结构内部热应力,然后计算受热应力影响的结构非线性热刚度矩阵。由热刚度矩阵和质量矩阵进行广义特征值分析得到结构的热模态及其模态频率。最后,给出了热屈曲的计算方法。针对典型壁板结构计算了热应力和热模态,计算结果与Nastran相差在10%以内,分析了热应力对壁板结构动力学特性的影响。     

俄罗斯中央机械研究院强度研究中心简介（三）

俄罗斯中央机械研究院强度研究中心的静强度研究室所采用的分析方法和手段如下：OSESIM软件，计算轴对称负载时由复合材料构成的三层壳体结构的应力应变状态（折线模型）：CAIIPOK软件系统，以非线性数学编程方法为基础设计最优薄壁加固结构：DEMOH软件系统，计算借助有限元模拟的承重结构的最优参数;软件系统，计算热动力负载时厚度不均匀多层旋转壳体的应力应变状态和临界负载；小周期负载时金属结构寿命的分析方法和损伤的等效性准则等。     

基于局部应力应变法估算高周疲劳寿命

以往用局部应力应变法计算结构高周疲劳寿命不好的主要原因是在损伤与寿命计算中没有考虑缺口应力梯度等的影响。文中利用疲劳缺口系数对应变－寿命曲线的弹性分量进行修正,从而可以较好地反映缺口根部应力梯度等对疲劳寿命的影响,使得局部应力应变法不仅可适用于低周疲劳寿命分析,也用可以用于高周疲劳寿命分析。文中给出的方法简单,精度了,便于工程应用。     

飞行器蒙皮桁条结构减振优化设计方法研究

减振和隔冲击设计对航天飞行器可靠性和安全性设计具有重要意义。先利用爆炸冲击的加载试验，获得了典型蒙皮桁条结构有效的冲击加速度数据。建立并修正了减振结构的动力学仿真模型，利用验证的仿真模型对五种不同的结构减振方案进行分析，得到一种有效的减振优化设计方法。