复合材料螺栓连接结构疲劳问题研究进展

螺栓连接具有承载能力强、可靠性高等优点,成为复合材料结构常用的连接形式之一。对碳纤维复合材料螺栓连接结构的疲劳问题研究进展进行综述。阐述了复合材料机械连接结构的几种基本类型,总结了螺栓连接在疲劳载荷下的失效过程和破坏形式,从复合材料性能、紧固件性能、侧向约束、几何效应、疲劳载荷和环境因素等方面重点论述了碳纤维复合材料螺栓连接结构的疲劳性能影响因素的研究进展,最后对未来复合材料螺栓连接结构的疲劳性能研究方向进行了总结和展望,以期对未来连接结构的研究和应用提供建议与参考。     

2D-C/SiC复合材料螺栓连接结构可靠性分析

耐高温C/SiC陶瓷基复合材料因加工制造的复杂工艺,其性能参数存在明显的分散性。为了提高复合材料螺栓连接结构的可靠性建模精度,采用渐进损伤分析方法进行强度分析,采用不含交叉项二次响应面函数进行可靠性分析。采用改进的Hashin失效准则与Ye分层失效准则进行渐进损伤分析,分别对结构纤维与基体采用不同的刚度损伤模型,通过有限元仿真获得螺栓连接结构的拉伸极限承载能力,与试验值之间相对误差较小。将2D-C/SiC复合材料的刚度性能参数与强度参数作为随机变量,采用响应面法拟合结构功能函数,通过分析得到结构在拉伸载荷下的失效概率函数,并分析了各材料力学性能参数的灵敏度,发现面内剪切强度对结构可靠性影响较大。     

典型冲击载荷下螺栓法兰连接结构失效模拟

基于某含剪力锥销螺栓法兰连接结构,通过模型简化,建立三维有限元模型。模拟了螺栓预紧力加载过程,倾覆力矩和纯剪切两种瞬态载荷下连接结构的失效过程。得到连接结构的失效规律以及在不同载荷下螺栓的失效模式。分析了影响结构失效的因素,并定性给出了提高结构强度的建议。为螺栓法兰连接结构动力学应用设计提供参考。     

螺栓-法兰连接结构非线性优化设计方法研究综述

螺栓-法兰连接是应用于航空航天、核能等领域的管道主要连接形式.工程上迫切希望获得此类结构的最优化设计,以实现系统性能最佳化.针对这种连接结构的优化设计实际包含接触问题和优化问题两部分的内容,是非线性因素的耦合以及优化设计层层迭代的过程.综述了小变形弹性接触问题中的有限元法及其在工程中的应用,针对螺栓-法兰中优化设计中关心的花瓣的优化,同时还简述了拓扑优化设计方面的研究进展.最后对今后的研究方向和研究的重点作了展望.     

基于薄层单元法的螺栓连接结构有限元模型确认

由于螺栓连接结构结合面的粗糙度、预紧力矩和螺栓直径等因素具有不确定性,因此结合面的连接参数也是具有不确定性的,为了获得能描述连接参数不确定性的有限元模型,对螺栓连接结构开展有限元模型确认研究。将复杂的多螺栓结构拆分为简单的单个螺栓结构;先对单个螺栓结构做模型确认分析,采用薄层单元来表征结合面,通过模态试验数据修正获得薄层单元参数及其统计样本,对不确定性连接参数进行量化和传递分析,并采用模型确认准则验证该参数概率分布的合理性;再将考虑概率分布情况的单个螺栓结构的薄层单元参数应用到多个螺栓连接结构对其模态频率进行预测。研究结果表明:所采用的模型确认方法能量化薄层单元参数的不确定性,可建立具有一定可信度的螺栓连接结构有限元模型,由单个螺栓结构能预测多个螺栓结构的动力学特征。     

小变形下螺栓法兰连接结构的静刚度非线性特性

通过理论分析与接触耦合,材料/几何非线性计算相结合,研究了螺栓-法兰连接结构的静刚度非线性特性.将螺栓-法兰连接结构抽象为一个力学元件;单轴拉伸时,荷载一位移曲线分为预压力释放段、弹性段和局部塑性段;而单轴压缩时,荷载一位移曲线不存在预压力释放段.特别地,同时对比拉伸与压缩荷载一位移曲线时,发现荷载一位移曲线表现出强烈...     

基于Global/Local法的螺栓连接结构静强度渐进破坏

为了研究螺栓连接结构静强度渐进破坏特点,应用Global/Local有限元分析技术,分两级建立了螺拴连接结构有限元模型,并对其进行了带EWK断裂子程序的材料/几何非线性有限元分析.结果表明:螺栓连接结构的断裂部位位于螺拴孔边缘,当加载到最大载荷的42%时开始出现破坏单元,在加载到最大载荷的48%之前裂纹扩展是一个稳态的过程,之后便迅速扩展直至整体结构失效.Global/Local分析技术提高了整个过程的分析效率.     

飞行器器—箭连接结构优化方法

以升力体式飞行器与运载火箭连接结构为研究对象,结合运载阶段飞行器结构及载荷特点,开展了器—箭界面连接结构载荷分配机理分析.分析表明连接螺栓分布位置、几何尺寸和安装边厚度等因素对螺栓轴力影响较大,同时影响连接位置局部变形,进而决定了由局部变形引起的螺栓附加弯矩.为实现器—箭界面连接效率最大化的目的,对连接结构优化方法进行...     

薄壳机匣开孔补强的应力集中分析

发动机机匣上安装凸台结构，可简化为机匣壳体开孔后用围壁和加强板组合补强的力学模型。文中从弹性力学的基本公式出发，采用上述简化模型，得到了壳体孔边应力分析的计算公式，并编制了计算程序，进行了实例计算，获得了发动机机匣各种安装凸台的应力集中系数。本文的研究成果对合理地确定机匣安装凸台的几何形状和尺寸具有参考价值。     

金属热防护系统多层隔热材料的传热分析及参数优化

采用能量平衡方程和离散坐标法近似地建立了金属热防护系统多层隔热材料的一维稳态传热的数学模型,并利用遗传算法和纤维隔热材料的有效导热系数试验数据求解传热反问题,从而得到了模型中的纤维隔热材料的辐射衰减系数、反照率和隔热屏表面辐射发射系数。最后,由实验测得了多层隔热材料的有效导热系数,验证了采用优化参数后,多层隔热材料的传热模型的正确性。     

小型喷气无人机总体设计参数优化与分析

以小型喷气无人机的总体方案研究为背景,建立了一种计算机辅助喷气无人机总体参数优化与分析程序系统。着重对适用于无人机的分析模块,如气动分析模块和重量分析模块的建立进行了较多的探索和尝试。为检验该优化分析系统的正确性,首先以意大利研制成功的喷气无人机（米拉奇－１００）为算例进行了验算和比较,然后对两种喷气无人机方案进行了总体参数优化计算,并对优化参数进行了敏感性分析。结果表明,所建立的喷气无人机总体设计参数优化与分析程序系统是可行的,所得结果合理、可信,对正在进行的喷气无人机总体方案研究有一定参考价值。     

机翼/主起落架连接结构传力路线分析

在分析载荷传递的各种路线情况的基础上,通过改变主撑杆接头厚度和隔板厚度来观察连接结构各部分的应力状态,总结出其对传力路线的影响及其自身在连接结构中所处的地位,根据分析结果给出连接结构设计意见及建议。     

航空发动机机匣的强度振动分析与评估

针对某高涵道比涡扇发动机高压压气机机匣的设计需求,采用有限元方法,从静力学角度出发,根据温度载荷和气动载荷求解机匣的温度场和压力场分布,分析机匣的应力和变形分布,以及椭圆度;从动力学角度出发,根据机匣的固有频率,结合各级转子叶片数目及工作转速,分析机匣的共振频率,从以上两方面对机匣强度振动特性进行计算分析与评估。研究结果表明:在温度场载荷和气动载荷作用下,机匣具有足够的强度储备系数;机匣共振的安全裕度满足动力学设计要求。     

机器人制孔工艺参数优化有限元仿真分析

采用大型有限元DEFORM-3D和Abaqus软件分析机器人制孔的切削机理和制孔时机器人的振动机理。仿真分析了机器人制孔的切削力,并以仿真数据为基准,拟合了机器人制孔切削力的经验公式,仿真机器人的模态、刚度和阻尼,运用颤振理论分析了机器人制孔时避免振动的工艺参数范围。通过有限元仿真研究表明:有限元仿真计算有效地解决了机器人制孔工艺参数优化问题。     

螺纹连接结构横向松动寿命预测及影响因素研究

螺纹紧固件的连接结构广泛应用于工程结构中,发展一种高效的紧固性能预测模型对保障连接结构服役可靠性有重要意义。本文基于Junker试验结果标定之后的精细化数值模型研究了不同因素对螺纹连接结构横向松动寿命的影响;提出了基于预紧力、横向力、螺纹面摩擦系数的旋转松动刚度拟合关系式,并由此初步提出线性的松动寿命预测函数。结果表明:本文所建立的精细化数值模型预测的衰退规律与试验结果相互吻合。横向力与预紧力对旋转松动刚度的影响是单调递减的;螺纹面摩擦系数对旋转松动刚度的影响是单调递增的。采用线性的松动寿命预测函数评估螺纹连接结构服役寿命具有较高精度,可为连接结构领域设计人员定量评估结构服役寿命提供参考依据。     

摆线桨悬停状态气动特性及参数优化

为了进一步提高摆线桨的气动效率,本文对摆线桨的设计参数进行了优化研究。首先分析了流管模型的基本原理,基于薄翼振荡原理,结合动量和叶素理论建立了摆线桨的双盘-多流管非定常气动模型。然后,通过相关算例验证了模型的适用性,结果表明：实度较小时,准确度较高,而随着实度与转速的增加,桨叶之间的干扰加强,误差值增大。通过大量试验与计算数据的对比,总结了不同实度时,多流管模型的拉力修正因子。最后,基于双盘-多流管气动模型,应用遗传算法对摆线桨的相关设计参数进行了优化设计,优化后的功率载荷提高了12.4%左右。同时,对比发现优化后的摆线桨比旋翼具有更高的气动效率。     

复合材料螺栓连接失效分析研究进展

复合材料螺栓连接具有可靠性高和易检测等优点,是复合材料结构最重要的连接形式。但是由于复合材料的各向异性、脆性以及孔边应力集中的存在,螺栓连接是复合材料结构承载的薄弱环节,已引起研究者广泛关注。本文对复合材料螺栓连接结构的钉载分配测试和分析方法,螺栓连接结构的失效预测方法及设计参数对接头失效的影响研究等进行了简要综述,着重介绍了课题组近年来在这些方面的研究工作。     

小相寨隧道进口段管棚支护参数优化分析

太中银小相寨1号隧道出口段围岩稳定性差,地形坡度大,洞口覆盖层薄,进洞困难,施工中采用大管棚进行超前加固处理.根据初始设计管棚参数,采用二维弹塑性有限单元法,对管棚设置范围、环向间距、注浆浆液扩散半径进行参数优化.优化结果表明:管棚设置范围、环向间距、注浆浆液扩散半径均存在一最优值,当没计参数值超过这一最优值时,设计参数的变化对拱顶下沉量的影响明显减小.因此不能一味地提高没计参数来增加隧道结构的可靠性.     

静力试验加载系统建模及PID参数优化方法

液压加载系统是结构静力试验系统的重要组成部分,试验前通过数值模拟了解加载系统的特性,优化控制参数,对于提高静力试验效率和精度具有重要意义。本文建立了静力试验加载系统的液压-结构-控制耦合动力学模型,采用遗传算法进行PID控制器优化,分析了不同系统性能优化指标对控制效果的影响。研究结果表明:采用遗传优化算法结合ITAE性能指标可以得到较优的PID控制参数。