复合材料叠层板壳有限元的渐近解

 本文针对复合材料叠层板壳结构建立了一个分层计算的有限元模型,此模型的特点是以参考面的位移和各层横向剪应变作为独立的自变量,导出了叠层板壳的有限元模式,这是和原有分层模型的本质区别,从而具有以下优点:(1)刚度矩阵具有良好特性,可采用渐近法求解,大大提高了计算效率,克服了分层模型中的最大困难;(2)完全避免了较薄的板壳在有限元计算中常发生的“剪切自锁”现象;(3)较精确地考虑了各层的剪切效应,无须再引入剪切修正系数。还采用此模型较好地解决了任意铺层的叠层板弯曲、叠层板脱层屈曲和承受任意载荷的轴对称叠层壳的弯曲等问题,证明了此模型的优点和可靠性。此模型还极易推广应用于叠层板壳的动力、稳定和层间应力等问题。     

1-3型压电纤维主动叠层板扭转特性的研究

对4类典型铺层的1-3型压电纤维复合材料主动板的变形模式进行了理论分析。在此基础上对具有扭转变形模式的主动叠层板进行了振动特性分析,得到了该类型主动叠层板在外界电场激励下的稳态解。最后对该类主动叠层板的扭转振动特性进行了深入的研究,包括作用电场强度的大小、频率对扭转特性的影响、压电纤维铺层角和压电纤维体积比对主动叠层板扭转特性的影响等。算例表明本文计算模型和有限元得到的结果符合良好,同时算例结果表明含1-3型压电纤维复合材料主动叠层板具有良好的主动扭转特性。     

硬夹心夹层板反对称变形

考虑面板和夹心的横向剪切刚度与弯曲刚度,基于小变形和变形协调性的假设,引入5个广义位移以描述夹层板的变形,采用广义变分原理,推导了各向同性材料夹层板的2个面内变形和1个横向变形的基本方程。以四边简支、受横向均布载荷作用的矩形夹层板为例,对比计算了夹心弹性模量和面板厚度的变化对计算结果的影响,并与基于Reissner理论和H.J.Hoff理论的夹层板模型的计算结果进行对比,结果表明,考虑面板和夹心的横向剪切刚度和抗弯刚度可以有效地提高夹层板弯曲变形的计算精度。     

复合材料板的刚度分析

对复合材料叠层板、夹层板、空心板的刚度进行了分析,导出了这几种板的刚度及相关的系数矩阵,编制了复合材料板的刚度计算程序,并对程序部分作了较详细的说明。利用该程序计算出的结果与用经典理论计算的精确结果进行了对比,结果吻合较好。     

复合材料无矩叠层板铺层优化设计——按静力破坏条件

 飞机翼面结构受力盒段的上下壁板若采用纤维增强复合材料叠层板则经常可简化为无矩叠层板;本文介绍这种叠层板按静力破坏条件的一种铺层优化设计方法。本法所用的数学工具为拉格朗日乘子法,采用的静力破坏条件为Hill-Tsai判据或Norris判据。对于铺层优化设计要用的公式进行了推导并且为了便于应用电子计算机对所得的公式进行了相应的改造。 关于叠层板极限强度的确定,文中也作了较仔细的探讨。为了具体说明本法的解题步骤以及如何选出铺层设计的优化方案举出了一个数例。文章的最后对几个技术问题进行了简要的讨论。 在结构打样设计阶段,对于翼面结构中处于拉伸或压缩受载（在不发生屈曲失稳破坏的条件下）情况下的复合材料壁板,本法可作为其铺层优化设计的一种工程方法。     

考虑可制造性的变刚度复合材料加筋壁板的优化设计

由于变刚度复合材料具有更大的设计空间，能更充分发挥复合材料各向异性的优势，研究其优化设计方法越来越重要。本文首先考虑了工形长桁加筋壁板变刚度复合材料的可制造性，并通过自动铺丝工艺试验获得了纤维的变角度极限范围。研究了壁板面板的铺放角度对加筋结构屈曲强度的影响，然后利用Python编程，结合Abaqus有限元软件通过遗传算法对工形长桁加筋壁板的面板铺层设计进行了优化。研究发现，纤维角度变化宜控制在20°范围内，当面板与筋条同时承受压缩载荷时，面板为纯0°铺层的加筋结构的屈曲强度比纯90°铺层时要低；遗传算法稳定且收敛性好，通过优化后的结果发现，纤维角度集中在60°～65°时，加筋结构的屈曲强度最高。变刚度复合材料可提高加筋壁板屈曲性能，应用前景广阔。     

叠层球面橡胶-金属弹性轴承等刚度设计研究

从理论上推导了叠层球面橡胶-金属弹性轴承各胶层的压缩刚度和扭转刚度计算公式,探讨了胶层压缩刚度、扭转刚度的等刚度设计方法,并将等压缩刚度和等扭转刚度设计方案的理论计算结果、有限元仿真结果分别与未进行等刚度设计方案的结果分别进行了计算和对比,结果表明,等刚度设计可以很大程度上消除不同胶层之间的刚度差异,各胶层压缩刚度和扭转刚度的理论计算结果与仿真结果基本吻合。     

复合材料叠层板固化成型后的变形分析计算

分析复合材料铺层的微观结构，研究复合材料成型过程变形特点，以此建立两类针对性的有限元模型，并采用典型复合材料叠层板固化成型温度载荷，进行叠层板翘曲变形和板内应力的计算分析。在此基础上，将计算结果与实际试验制件实测结果进行对比。结果表明，本文所提供的有限元分析计算模型可对实际情况进行简便和较为精确的模拟。     

夹层结构长梁弯曲试验研究

对由碳纤维增强的复合材料面板和Nomex蜂窝组成的夹层结构进行长梁弯曲试验,分析了复合材料面板不同铺层形式对夹层结构失效载荷及弯曲刚度的影响,根据夹层结构不同失效模式对其失效载荷进行了预测.研究结果表明:试验载荷-位移曲线整体呈现非线性.面板铺层为[0/90]的夹层结构在载荷达到破坏载荷的60%时,载荷-位移曲线出现非...     

纤维铺层方式对CFRP?铝合金单搭接胶接接头拉伸性能影响

为了分析异质材料胶接接头内部典型应力分布规律与刚度退化特点,探究不同铺层方式对异质材料单搭接胶接接头内部应力分布状态影响规律,开展试验和仿真相关研究。首先,制备不同铺层方式的CFRP（carbon fiber reinforce plastic）?铝合金单搭接胶接接头试验件,使用拉伸试验机进行拉伸试验,获得基本试验数据。其次,利用连续损伤模型、3D Hashin失效判据和Cohesive Zone Model研究异质材料胶接接头不同部位典型破坏特点。结果表明,随着复合材料板中0°铺层比例增加,胶接接头极限载荷呈现增加趋势,与之相反接头拉伸位移逐渐缩短。接头铺层方式与载荷方向共同影响胶接接头力学性能,当复合材料板内部各个方向纤维铺层较为均匀时,可以有效降低接头应力集中,载荷方向与铺层纤维方向一致时,可有效提高接头连接强度。复合材料板中0°铺层占比对接头的极限载荷和刚度退化（scalar stiffness degradation,SDEG）影响较大,0°占比越小接头承载能力越弱,接头刚度退化越复杂。      

流场计算程序并行化方法的研究

利用“流场分区”的方法把流场计算程序并行化,并成功地在Transputer并行计算机上运行,并行效率可达到80％。介绍了流场划分、并行编程以及提高并行效率的方法。     

粘弹结构应力应变场与温度场全耦合的计算机程序及其应用

本文介绍了粘弹结构应力应变场与温度场全耦合的有限元法计算程序,并运用该程序分析了发动机的气动加热试验、硫化降温过程中的热应力问题.解法上采用波前法并对此作了改进,使解算速度提高一倍左右,并使程序能在微型计算机上正常运行.发动机装药热应力的理论分析结果合理,温度场的理论结果与实验结果吻合较好,从而证明了该方法及程序的正确性和实用性.     

用三维欧拉方程计算机身与机翼绕流

本文用Jameson的三维欧拉方程有限体积法、四步Runge-Kutta时间推进格式,计算机身和大后掠细长机翼的三维可压缩绕流。对钝头机身,用C-O型网格;尖头机身与大后掠细长机翼用H-O型网格。本文介绍钝头旋成体、带座舱前机身和三角翼绕流的计算结果,显示流场等值M线分布,计算压强系数分布与实验比较,以及三角翼大迎角分离涡等。由于用了隐式残值光顺等加速收敛措施,有效地减少推进步数,节省机时。     

固体火箭发动机喷管结构瞬态温度场的理论预估

本文采用目前广泛应用、效果显著的有限元法,对固体火箭发动机复合喷管结构的轴对称瞬态温度场进行了理论预估.在计算中考虑了对流换热系数沿喷管轴向的变化及材料的方向性.所编程序通用性较好.     

固体火箭发动机装药的计算机辅助设计

本文提出了面向微型计算机的计算机辅助设计方法和程序,包括装药几何计算、内弹道性能计算及强度校核图形显示等一体化设计的计算机程序.目前已开发了三维翼柱型装药的模块化结构程序分支,可在微机PC-286/386上进行.本程序通用性广,精度高,可以很方便地扩充到其他药型.     

结构分析程序中几个问题的处理方法

JY851程序是一个复合材料、金属混合结构应力分析及强度校核程序。从1986年投入使用以来,已推广到几个厂、所使用,计算了几个型号的机翼、垂尾、方向舵等复合材料结构。现就编写元素刚度矩阵中所遇到的几个问题的处理方法作一简单的介绍。 1.复合材料板弹性模量阵的计算 复合材料板弹性模量阵A、B、D的计算中,关键是求偏轴模量阵[ō],层压板中第     

锡在碳/铜复合材料中的分布规律

在碳纤维/铜复合材料中加入少量锡,一方面能提高复合材料的抗磨性;另一方面能显著地降低复合温度。因碳纤维的表面性能和结构的特殊性,锡与铜的原子结构的差异对碳/钢复合材料中锡原子的迁移和分布有较大影响。锡在碳纤维附近的含量不同,与铜形成的合金具有不同的相组织,特别是当碳纤维/基体界面区的含锡量高达一定值时,产生以     

纤维增强复合材料热导率的研究

本文研究了单向复合材料热导率与基体材料和纤维的种类及纤维的含量和分布的关系,并根据电热相似原理,用混合热阻模型推出了单向复合材料热导率的计算式。用定常热流法实测了纤维含量和分布各不相同的试样在不同温度下的热导率,证实了该计算式的可靠性。     

碳纤维表面微观结构的定量化表征方法

通过使用Matlab编程处理日本东丽T300、国产GCF-1和GCF-2等3种碳纤维样品断面的扫描电镜照片,采用二值标签算法获得了碳纤维的直径及圆度等碳纤维物理特征定量数据。建立了采用直线方程切线法寻找并计算碳纤维表面沟槽的数量及尺度的方法,发现3种碳纤维样品的边缘沟槽的深度及宽度的分布均符合Weibull分布的特征。3种碳纤维的表面物理特征随温度变化的规律相同,说明其在结构上存在着一致性。经过不同温度热处理后3种碳纤维样品的圆度值变化不大,平均直径随着热处理温度的升高逐渐减小,并且表面沟槽的数量及分布的变化规律相同,说明其结构存在一致性。3种碳纤维的圆度等表面物理特征存在一定差异,T300的圆度小于国产GCF-1及GCF-2碳纤维。     

有限元素法解轴压加筋板局部稳定性问题的研究

 本文是用有限元素法解轴压加筋板局部稳定性问题的研究报告。它从失稳变形模态对称性分析入手,提出了局部单元的计算模型。对于失稳变形模态非对称结构,指出典型单元计算模型的局限性。从而肯定了局部单元在稳定性计算中普遍的实用意义。对于铆接结构,分析了筋条与蒙皮的连接及其简化假设,改进了铆接结构的计算模型,确保了计算结果的合理性。另外,讨论了简化计算模型的两项原则。在此基础上,对计算模型作进一步简化,从而节省了机器内存,提高了解题速度。最后给出了计算曲线及实验结果,并对力矩分配法作了分析。