基于FEA的复合材料结构极限承载失效预测

针对复合材料层合板失效分析,基于经典层合板理论与一阶剪切变形理论,通过层合板等效刚度以及各单层板的应力-应变建立了一种并行多尺度方法,并基于此方法采用FORTRAN语言编写了子程序,通过与试验结果以及有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)软件内嵌的复合材料失效模型进行对比,证实了并行多尺度方法的可行性,实现了对复合材料层合板在多种工况情况下的渐进损伤分析。     

复合材料层合板热-力作用下的失效研究

碳纤维复合材料力学性能优异,在航空航天等领域广泛使用,其在热-力联合作用下的损伤失效研究对于结构的损伤破坏和强度预测具有重要意义。发展了热力耦合条件下复合材料结构渐进损伤分析方法,建立了三维有限元热烧蚀模型,并验证了计算模型的可靠性;采用三维Hashin失效准则,结合材料刚度突然退化模式,建立了失效分析模型,仿真分析了热-力联合作用下复合材料层合板损伤演化全过程。结果表明,该方法不仅能够较好地模拟复合材料层合板从局部失效的萌生、扩展直至结构完全失效的全过程,而且可以直观地显示结构的损伤失效模式,预测结构在不同条件下的承载能力。     

复合材料连接方法

文中叙述了复合材料常用的几种连接方法,分析了各种连接的破坏模式和连接形式的选择,同时还介绍了国外复合材料连接方法新进展等内容。     

基于时间反转理论的复合材料螺钉连接失效监测研究

随着复合材料在航空航天飞行器中越来越广泛的应用,对复合材料结构安全性和可靠性的研究也越来越重要。介绍了时间反转方法的原理和自聚焦特点;针对Lamb波理论监测复合材料结构连接部螺钉连接失效中存在的问题,研究了基于时间反转理论的复合材料螺钉连接失效监测方法原理和实现技术,以提高监测信号信噪比、优化系统稳定性;通过在真实碳纤维复合材料机翼盒段试件上的地面实验,给出了实验验证,证明了该方法的有效性和实用性。     

炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能

以炭布叠层穿刺结构作为预制体,通过热梯度化学气相沉积(TCVI)工艺,制备了C/C复合材料,并沿不同纤维增强方向加工出C/C复合材料螺栓。考虑到机械加工对C/C复合材料性能的损伤,提出了C/C复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的模具,对所制备连接件的力学性能进行了测试表征,并利用偏光显微镜(PLM)和扫描电子显微镜(SEM),对C/C复合材料螺栓的微观组织结构及断口形貌进行了分析。结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,沿平行于炭布X-Y面方向(xy向)加工的C/C复合材料连接件具有较高的力学性能,螺柱的抗拉强度和剪切强度分别为52.3 MPa和49.8 MPa,圆柱销剪切强度为52.2 MPa。     

复合材料螺栓连接的强度分析

介绍了单孔及双孔复合材料螺栓连接的强度分析方法,并把单孔连接的分析结果与实验数据进行了比较。用该方法分析了双孔结构,确定提供最高连接能力的连接形式和载荷分配比例。该分析方法建立在有限无法与特性曲线理论及破坏准则相结合的基础上。单孔件非线性剪切模量模型与实验数据吻合较好。双孔件的交错排列比串列提供较高的连接能力。在最大连接载荷下,螺栓载荷分配是百分之38/62,各种双孔应力分析结果以等值线示出。     

横向振动下螺栓连接失效及影响因素研究

针对螺栓连接结构在横向振动下的失效问题进行试验研究,首先,对比相同条件下普通螺母与防松螺母的失效过程,结果表明普通螺母仅出现松动失效,而防松螺母会先出现部分松动,再因螺栓根部疲劳断裂而完全失效。同时在不同类型防松螺母中,Hard-lock螺母和施必牢螺母防松效果明显优于其他防松螺母。其次,考察拆卸次数、振动频率、幅值等因素对螺栓连接失效的影响规律,发现多次拆卸会改变普通螺母的失效形式;相对于振动频率,振动幅值和预紧力对螺栓失效的影响较大。     

螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷下的破坏形式与承载能力

对螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷作用下的接头区破坏形式及其对整体破坏和承载能力的影响进行了试验研究,对不同材料、不同铺层、不同厚度及接头区几何参数对破坏形式和承载能力的影响进行了研究,发现了特有破坏形式——端边分层和主要的影响因素。     

L型复合材料机械连接接头承载能力与失效行为研究

L型复合材料连接结构已应用于运载火箭结构的端框设计,但目前对于该结构的承载能力和破坏模式缺乏研究。将典型的L型连接端框简化为无弧度的平直L型接头片段,通过单向对拉试验,对6 mm和8 mm两种厚度L型机械连接接头的承载能力和破坏模式进行了研究。由承载能力试验结果表明:L型接头在拉力作用下呈现出明显的A、B、C三个阶段,其中A阶段的拉力最大值可作为该类接头结构的极限承载能力。采用有限元方法分析接头的破坏模式,仿真与试验结果的误差为2.5%,取得了较好的一致性。由数值分析表明:拉力作用下L型接头的承载能力主要取决于螺栓压紧区附近和直角拐角区域的层间强度和基体强度;在原铺层信息基础上增加0°层数和降低90°层数,对接头承载能力提升效果不明显。研究结果可为L型复合材料连接结构的设计提供参考。     

分层缺陷对复合材料壳体裙连接区轴向承载性能影响分析

为掌握固体发动机复合材料壳体裙连接区在复合材料界面分层缺陷状态下的承载性能,基于损伤失效分析方法研究了裙连接区不同界面、不同位置存在不同大小的复合材料分层/脱粘缺陷时的承载能力,分析了缺陷对裙连接区结构局部屈曲、裂纹扩展及损伤失效的影响规律。结果表明,复合材料层间界面存在临界缺陷尺寸,当缺陷小于临界尺寸时,结构承载能力基本不变,当缺陷大于该临界尺寸时,连接区的失效形式和极限载荷均受到较大影响;对于复合材料轴向补强层与环向缠绕层之间的初始分层缺陷而言,当缺陷位置处于裙连接区过渡层轴向位置之后时,裙连接区的承载方式无明显变化,仍受整体屈曲的控制;但缺陷位置与裙连接区过渡层轴向位置相同时,则易发生局部屈曲,对连接区承载能力影响较大。     

用动态分析法表征复合推进剂偶联剂的作用效果

研究了偶联剂对复合推进剂动态力学损耗的影响。建立了一种动态力学分析方法，即通过建立过渡相模型和引入表征因子Ａ，分别在ＨＴＰＢ和聚醚两种体系的复合推进中评价了偶联剂的作用效果。结果表明，天征因子Ａ值越低，偶联剂在该温度范围内的作用效果越好，该结论为表征复合推进剂关剂的作用效果提供了一种新的方法。     

航天电连接器及其组件失效分析

介绍了航天电连接器及其组件失效分析中初步分析、详细分析、故障假设和最终鉴定四个阶段的内容及方法。阐述了断路、接触不良、瞬断、绝缘不良、短路、误配线、固定不良和密封不良等常见失效模式和失效机理。给出了失效分析的程序和若干检验方法。     

复合材料人形杆压扁过程数值模拟分析

为了避免超弹性杆因应力集中而产生疲劳裂纹,延长其使用寿命,借助于ABAQUS软件,采用S4R壳单元和粘结单元,建立了人形杆复合材料压扁有限元模型。利用显示动力学法对人形杆压扁过程进行了非线性数值模拟分析,分析单一材料、两种材料铺层方式和不同铺层角度时人形杆各层应力特点,进而选取出应力最小的铺层方法。该研究对可展开机构中人形截面超弹性杆复合材料最佳铺层方式的合理选取具有重要意义。     

复合材料层合板的低能冲击损伤及剩余拉伸强度研究

针对复合材料层合板的冲击及冲击后的拉伸过程提出了一种全程分析方法。该方法应用三维逐渐累积损伤理论对层合板的冲击及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下损伤破坏的全过程进行分析,分析中没有对冲击后层合板的损伤状态做人为假设,而是把冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究,从而不仅提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度、铺层厚度的层合板在冲击载荷及冲击后拉伸载荷下的逐渐损伤破坏过程和最终失效载荷。通过与已有文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。     

Vectran织物复合材料冲击响应与失效模式分析

文章以Vectran纤维织物与涂覆低温硅胶的Vectran织物复合材料为研究对象,通过低速冲击实验研究了材料的冲击响应与破坏模式,分析了冲击速率、冲头尺寸与冲头形状对材料冲击特性的影响。实验结果表明:Vectran纤维织物冲击破坏模式主要为主纱线的拉伸破坏,以及冲头非接触区域纱线的弹塑性变形与滑移;涂覆硅胶的Vectran织物复合材料冲击破坏模式主要为纤维断裂和拔出;织物复合材料具有明显的应变速率效应。     

用非线性有限元法分析金属基复合材料的叠层板壳

采用通用于复合材料叠层厚、薄板壳的Ｈｅｆｅｒｏｓｉｓ三维退化曲壳元，利用Ｈｉｌｌ屈服准则和层状模型法，对金属基复合材料叠层板壳进行了弹塑性分析。算例结果表明，所用方法是可靠的，精度良好。     

基于灰色理论与专家系统的电子设备在线故障预测方法研究

针对电子设备的渐发性故障,提出了一种基于改进型灰色理论与专家系统的二阶组合故障预测方法.该预测算法不仅能够实现复杂电子设备的单测点故障预测和多测点综合预测,而且结合在线预测的需求,对原始的灰色模型进行了改进,在专家系统推理部分采用了一种位与运算的规则快速匹配算法,提高了诊断的快速性和准确性.试验结果验证了所提出方法的有效性与正确性.     

战术导弹全弹FMECA方法研究

论述了故障模式影响及危害性分析(FMECA)的目的和意义，尤其强调了战术导弹全弹FMECA对提高导弹可靠性的作用。讨论了导弹详细设计阶段硬件的FMECA方法，包括自下而上综合方法、约定层次划分、故障严酷度分类等问题。最后，结合工程实践，给出了导弹全弹FMECA的部分应用实例。     

力/热环境下复合材料薄壁结构的分离动力学分析

基于显式动力学分析模拟了力/热环境下复合材料薄壁结构的分离过程,基于计及不确定性的Chang-Chang失效准则评估了复合材料结构的可靠性,进而探究了气动力载荷和温度载荷对结构分离动力学以及复合材料结构强度可靠性的影响规律。结果表明:气动力载荷及温度的升高均会加速结构的分离过程;高温会显著影响结构脱离时刻的转动角度,进而改变了结构的脱离姿态;系统可靠性随温度载荷的升高而降低。