复合材料波纹腹板梁坠撞试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹腹板梁在坠撞过程中的吸能性能,对复合材料波纹腹板梁试验件进行了动态冲击压溃试验研究,得到了试验件的损伤破坏形貌以及载荷和能量的历程曲线。基于ABAQUS/Explicit平台二次开发得到了模拟复合材料波纹腹板梁冲击压溃过程的仿真分析模型,模型采用了改进的Hashin损伤判定准则和Choi-Chang准则综合判断单元失效,并结合Cohesive界面单元,可较为真实地反映所研究复合材料层合结构的各向异性和渐进损伤特性。通过数值模拟得到了能量评估参数比吸能（Specific energy absorption, SEA）和平均压溃载荷,与试验结果进行了对比分析。基于仿真分析模型,本文进一步研究了不同波数的复合材料波纹腹板梁的吸能能力。数值模拟结果表明：波纹腹板梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差较小,验证了模型的有效性;在腹板单波长度不变的情况下,波纹腹板梁的长度对抗冲击吸能的影响较大。当波纹腹板梁长度较小时,结构容易失稳,无法有效地吸收能量。     

基于Kriging模型的结构耐撞性优化

提出了基于Kriging模型的耐撞性优化方法。首先就Kriging模型的构造方法及其精度评估问题进行了讨论;然后,以薄壁管为研究对象,采用瞬态非线性有限元分析程序作为计算核心,以薄壁圆管的直径和壁厚为优化变量,以最大撞击载荷为目标函数,薄壁管的最大压缩量等作为约束函数,构造了基于Kriging模型的全局近似函数来逼近真实的优化目标函数与约束函数;随后,提出了提高全局近似函数精度的Kriging模型更新方法,改进了优化设计分析流程;最后,在所构造的全局近似函数的基础上,采用遗传算法进行优化分析。算例分析结果表明,该方法构造的最大撞击载荷与最大压缩量的全局近似函数在最优解处与真实解非常吻合,说明了Kriging模型的有效性。     

关于一类非线性连续Leontief模型的条件投入产出方程的可解性结果

引入了一类非线性连续型Leontief模型及对应的条件投入产出方程．提出在正向或负向边界条件下的两个基本问题。通过应用非线性分析方法．得到了该方程的可解性结果与对应解的扰动性质，并通过注解说明了其经济意义。     

含薄弱环节复合材料圆管耐撞性研究

设计并制作了3种新型的复合材料吸能圆管薄弱环节,即内倒角、花冠型和端部开缝的薄弱环节.通过准静态轴向压溃试验研究了这3种薄弱环节对复合材料圆管耐撞性的影响,并将试验结果与不含薄弱环节及含外倒角薄弱环节的试验结果进行对比,以评估这些薄弱环节的引发效能.研究表明:外倒角、内倒角、花冠型和端部开缝薄弱环节都能有效改善复合材料圆管的耐撞性能;内倒角与外倒角薄弱环节具有相同的引发效能;花冠型和端部开缝薄弱环节的引发效能均优于外倒角薄弱环节.由于端部开缝薄弱环节加工简便,故它具有更好的工程应用前景.     

复合材料连续层合板的屈曲特征方程

采用Laplace变换研究了复合材料连续层合板的屈曲,得到了其屈曲模态及屈曲特征方程。     

含边界和损伤因素的纺织复合材料细观胞元模型

纺织复合材料的细观力学分析通常以胞元模型为基础,胞元边界条件的合理施加是获得精确分析结果的关键之一。本文以平面机织复合材料为例,讨论了细观胞元的选取和周期边界条件的施加方法,在此基础上建立了二维细观有限元模型,通过与全厚度模型分析结果的比较,研究了周期胞元模型的合理性,特别是边界效应和局部损伤等非周期因素对分析结果的影响,给出了这些因素下胞元边界条件的处理方法。     

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.     

复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析

建立了复合材料层合板双阶梯形胶接接头的三维(3D)有限元模型,并进行了拉伸载荷下的渐进损伤分析(Progressive damage analysis,PDA)。采用含正交各向异性损伤的连续介质损伤力学(Continuum damage mechanics,CDM)本构方程对层合板进行描述。采用粘聚区模型(Cohesive zone model,CZM)对共胶接界面进行模拟。引入合适的损伤起始和损伤扩展准则,预测了双阶梯形胶接接头的损伤扩展方式和连接效率。进一步讨论了台阶长度、外加铺层搭接长度及厚度对失效模式及连接效率的影响。     

大挠度复合材料柔性梁的静力学分析与试验

提供了一种处理具有结构耦合的大挠度复合材料柔性梁的分析方法。在将三维弹性问题分解为二维线性剖面特性分析和一维非线性分析的基础上，采用有限元法计算梁的二维剖面刚度特性，编制了具有多个单元库的程序软件，它能有效地处理复杂剖面形状，对参考剖面点的翘曲位移未加任何限制；一维非线性分析时用Ｅｕｌｅｒ角描述梁的空间变形位置，建立的非线性微分方程组适用于任意大变形情况。文中给出了详细的分析与试验结果，并着重分析和试验了根部安装角分别为０°，４５°的两种情况，揭示了结构耦合对变形的影响，试验与分析具有良好的一致性，表明本文方法及处理简便、可行。     

复合材料层合梁弯扭耦合变形的有限元分析

对于层合梁这一类特殊的工程问题,本文在理论上推导了其大挠度问题的有限元数学模型,这种数学模型有别于一般层合板壳问题对应的数学模型。在数值分析时,对线性问题进行了计算机模拟,并着重研究了层合梁在两个方向上的弯曲与一个方向上的扭转变形的耦合关系。本文的结果与实验值及其他理论解相比,具有良好的一致性。     

基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析

建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三雏渐进损伤分析模型.模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则.分析了含孔复合材料层合板压缩试件.计算强度与试验数据的吻合表明该模型可用于预测舍孔层合板的压缩强度,同时该模型可以预测层合板的失效模式以及损伤发生、扩展直至最终破坏的整个过程,并且该模型具有较好的计算收敛性.     

基于周期性边界条件的机织复合材料多尺度分析

针对平纹机织复合材料,首先从微观纤维直径尺度,采用三维实体有限元方法计算纤维束的等效性能参数。然后将这些参数代入细观尺度的机织单胞模型中,得到宏观结构的平均弹性常数。在两个尺度有限元的分析中,均摒弃了传统有限元分析中采用的等应力或等应变假设,引入周期性边界条件,同时保证了周期性单胞边界面的应力连续和位移连续。分析结果表明,对于机织周期性单胞,在剪切和拉伸情况下其边界面均不全部保持为平面,纠正了此前认为在拉伸情况下单胞边界面仍保持平面的错误假设。纤维束分析结果与使用实验修正参数的细观力学理论公式结果吻合良好,织物单胞的分析结果也与弯曲层板组合模型结果较为接近,证明了分析方法的正确性。     

复合材料层合板凹坑损伤目视检测影响因素分析

飞机复合材料结构设计中必须确定凹坑损伤的目视检测门槛值及其影响因素.采用3种直径的冲头,通过准静态方法对平板表面引入随机分布的凹坑损伤.考察板的角度、颜色以及检测人员水平3种因素对详细目视检测结果的影响.基于累积对数正态分布模型分析对比了不同因素条件下的检出概率.结果表明,蓝色板的凹坑损伤更容易被检出;接近垂直检测角度...     

基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析

基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能传递到宏观复合材料中,计算了湿热环境中复合材料的细观应力场。结果表明:FVDAM采用子胞边界平均位移作为未知量,使本构模型中的未知量总数大为减小,相对提高了模型的效率,但这些方程都是建立在平均意义上的,因此预测的应力场存在一定的不连续性;湿热环境下,前期的吸湿有缓解热残余应力的作用,随着时间的增加,吸湿的影响逐渐超过热残余应力的影响。     

含孔复合材料层合板轴向拉伸三维有限元渐进失效分析

基于渐进失效分析方法,建立了带孔的三维有限元模型.该模型能有效计算应力集中区和自由边界区的应力以及层间应力,为渐进失效分析提供了可靠的基础.本文采用了修正的三维Hashin准则作为单元失效的判断依据,使用交互式退化模型对失效单元进行材料性能退化;同时研究了材料常数υ23值和刚度缩减系数(SCR)对失效载荷预测结果的影响;实现了失效扩展过程的仿真分析;计算了不同层合板的最终失效载荷,计算值与试验值误差小于10%.     

基于BP神经网络的复合材料性能预测

针对复合材料性能表征十分复杂、困难的情况,利用人工神经网络的BP算法,建立了复合材料性能预测模型。模型由3层神经元组成,分别为输入层、隐含层和输出层。以碳/陶瓷复合材料性能与成分的关系为研究对象,选取了38组实验数据作为学习样本,模型总误差为0.18,用建立的网络预测未知,并给出预报曲线。和试验值相比较表明,所建立的网络能反映碳/陶瓷复合材料组分与其材料性能之间的关系,为实验设计提供了新的思路,节省了时间和劳力。     

复合材料低速冲击损伤面积神经网络估算方法

损伤面积是复合材料层合板在受低速冲击后其损伤严重程度主要表征参数之一。本文基于3层拓扑结构的BP人工神经网络,以冲击能量和凹坑深度作为输入参数,建立了损伤面积的快速估算模型。利用试验样本数据对BP神经网络模型训练后,选取样本数据进行仿真验证。对比分析说明该损伤面积估算模型具有良好的试验数据内在联系发掘能力,估算准确性与效率较高。本文研究为复合材料层合板低速冲击损伤面积估算提供了一种新的有效方法。     

考虑高阶位移模式的层板热稳定有限元分析

本文用高阶理论对层板的热稳定进行了有限元分析,算例表明文中方法是精确的。文中给出了层板热稳定的数值结果,并讨论了铺层方向、铺层数量、边界条件、板的长宽比、材料的纵横弹性常数比以及温度分布等对失稳特性的影响,由此得出了一些有用的结论。     

三维编织复合材料细观结构的几何学分析

对四步法1：1编织过程及编织结构进行了详细几何学分析,完善了基元、面元和柱元的几何模型;导出了平均纤维体积比与编织工艺参数之间的关系等,并得到实际验证。可供编织复合材料结构力学性能分析与预估使用。