几种基于组合方法的复合材料层合板壳单元

 为了方便合适地选取单元进行工程分析,本文基于开放式结构有限元分析系统SiPESC.FEMS,提出一种基于经典模型的复合材料层合板壳单元程序计算框架。此框架利用组合的方法,考虑平面壳单元中板、膜单元之间的关系以及程序编制过程中的重用性、灵活性等特点,采用了软件设计中的构造器(Builder)模式实现不同的复合材料层合板壳单元。本框架具有一定的通用性和可扩展性,能够处理复杂荷载、边界条件及三维空间不同材料铺设方向的层合板壳的结构分析问题。基于此方法实现了5种复合材料层合板壳单元,通过数值算例分析对比讨论各单元性能,显示了本框架具有简单实用等特点以及采用组合方法构造单元的优势。     

基于有限元的Nomex蜂窝芯等效面内模量计算

正蜂窝夹层结构具有较高的比刚度和比强度,被广泛应用于航空航天领域。对于蜂窝夹层结构,一种方法常采用壳单元模拟以获得整体力学响应~([1])。另一种方法则采用壳单元模拟面板并建立蜂窝芯细节模型,蜂窝壁面用壳单元或实体单元模拟~([2]),这种方法可以精确地捕捉蜂窝芯与面板的脱粘、蜂窝芯局部损伤及壁面屈曲等细节特性,但随着结构尺寸的增加,计算成本急剧增加。为了提高计算     

一个非线性拟协调退化壳有限元

 根据非线性协调有限元列式方法,构造了几何非线性拟协调9结点四边形退化壳有限元。首先给出9结点四边形退化壳单元的几何描述和位移模式;接着讨论了非线性协调有限元列式方法;假设应力和应变;然后用所构造的壳单元,进行了方板、圆拱、球壳和圆柱壳的数值分析,并同精确解以及其他单元的解答进行了比较。结果表明本文壳单元是准确的和有效的。     

复合材料锥壳O°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法:根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片,按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元,多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层;并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置。采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造,提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量,降低装备制造成本。     

框架式复材成型模具轻量化设计方法

基于Abaqus软件简化框架式复材成型模具三维模型,分别采用实体单元与壳单元建立有限元模型,并分析模具在支撑、铺贴、吊装等典型工况下的应力水平、变形量,结果显示两种模型分析差值较小,能够使用壳单元代替实体单元进行模具的轻量化设计。基于壳单元,利用Abaqus的尺寸优化模块,以隔板厚度为设计变量进行模具轻量化设计,确定合适的隔板厚度尺寸。     

复合材料层合板、壳结构的承载能力

本文以有限单元法研究了复合材料层合板、壳结构的承载能力,所采用的单元是考虑耦合效应的高精度的离散性克希霍夫（Kirchhoff）假定层合板和层合壳三角形单元,非线性迭代采用变步长的载荷增量法以及等刚度和变刚度相结合的交替迭代法,编制了计算机程序DDJ-FZJF,并以多例证明该程序和算法是有效的。     

复合材料锥壳0°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法:根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片,按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元,多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层;并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置.采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造,提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量,降低装备制造成本.     

框架式复材成型模具轻量化设计方法

基于Abaqus软件简化框架式复材成型模具三维模型,分别采用实体单元与壳单元建立有限元模型,并分析模具在支撑、铺贴、吊装等典型工况下的应力水平、变形量,结果显示两种模型分析差值较小,能够使用壳单元代替实体单元进行模具的轻量化设计。基于壳单元,利用Abaqus的尺寸优化模块,以隔板厚度为设计变量进行模具轻量化设计,确定合适的隔板厚度尺寸。     

基于固体壳单元的功能梯度材料板壳主动控制模拟仿真

基于假定自然应变法和加强假定应变法,推导了一用于压电层合FGM壳静、动态主动控制模拟的固体壳单元,该单元既可用做实体单元,又可模拟薄曲壳结构,在厚跨比非常小的情况下也能获得令人满意的精度.FGM壳的性能沿厚度方向按一定体积分数幂指数分布,并具有温度相关性,通过改变幂指数n,研究了组分材料体积分数对FGM壳力学性能的影响.采用闭环速度反馈控制算法来模拟压电层合FGM壳的静、动态响应的主动控制,算例表明了算法的有效性.     

复合材料锥壳0°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法：根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片，按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元，多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层；并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置。采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造，提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量，降低装备制造成本。     

计及单元质量连续性和变截面特性的传递矩阵法

 <正> 转子-支承-机匣系统动力特性分析有限元法在分析中可以计及单元的质量连续分布特性和变截面特性,利用这一特点来改进工程中目前常用的等直截面无质量杆传递矩阵法(以下简称方法2)即可得到计及单元的质量连续性和变截面特性的传递矩阵法(以下简称方法1)。有限元法用于旋转机械动力特性分析时所采用的基本单元常为2结点杆单元或壳单元。     

闭孔Voronoi泡沫的弹性性能分析

 基于BCC点集引入不同程度的随机扰动建立了闭孔泡沫的Voronoi随机模型,并采用有限元方法对其弹性性能进行了分析,得到了模型的相对弹性模量、泊松比以及表征其分散性的变异系数。讨论了所用模型的尺度效应、随机程度对弹性性能及其分散性的影响。此外,还讨论了相对密度对弹性性能的影响以及采用板壳单元对模型进行划分所带来的误差。结果表明,在相对密度小于0.3时采用厚度均匀的板壳单元可以对模型做出有效的描述。     

密布多孔构件的低周疲劳寿命予测和试验研究

一、多孔构件应力场有限元分析　　为了计算多孔的涡轮叶片和燃烧室等构件的应力应变 ,我们编制和开发了壳体弹塑性有限元分析程序。用退化方法从三维单元推导出的曲壳单元。这种单元直接离散连续介质力学的三维方程 ,避免了由一般壳理论带来的复杂。曲面等参元具有独立的转角自由度和平移自由度 ,三维应力应变就退化为壳体情形。本文编制的这种退化壳单元程序还可进行各向异性材料的应力应变分析[1 ] 。涡轮叶片因开有很多孔而使结构强度大大降低 ,由于孔间的相互影响 ,应力场相当复杂。我们用下列三种简化模型作计算分析。三种平板尺寸为 …     

基于变厚度壳单元的旋转叶片固有特性分析

针对1个扭型、变截面旋转叶片,基于ANSYS有限元软件,采用变厚度壳单元来模拟真实叶片的方法建模,并与实体单元模型对静频和固有振型进行对比,验证了该建模方法的准确性;在此基础上分析了科氏力、旋转软化、离心刚化以及三者耦合对叶片动频特性的影响规律;基于壳单元动频数据,对现在常用的动频系数经验公式的适用性进行了简单评价。研究结果表明：2种模型的动频规律一致,对系统影响由大到小依次为离心刚化、旋转软化和科氏力;叶片A0振型的动频系数吻合较好,A1振型的反之     

应用PCL开发温度场分析前后置处理系统

针对“飞机结构三维温度场有限元分析程序（ASTSA）”,为了解决热阻单元的模型建立问题．提出对两接触面分别定义为主从壳元,在转换程序中实现热阻单元的设想。同时,对流单元、辐射单元应用MSC.Patran的壳单元来模拟并给出单元标志以区别于热传导壳单元;规定时间函数曲线在载荷窗体输入,单元死活、内部热生成等在材料参数窗体中输入;云图显示以MSC．Patran提供的模板格式形成。应用PCL为ASTSA开发了完整的前后置处理系统,为ASTSA的推广应用提供技术支持。     

复合材料机械连接钉载分配有限元模拟方法研究

以一列三钉复合材料连接为例,采用节点绑定法、梁元法、弹簧元法以及基于独立网格技术的Fasteners单元法模拟螺栓;壳元和三维实体单元模拟复合材料板,建立了复合材料机械连接有限元模型,计算了不同模型下的钉传载荷和钉载分配比例,并分析了不同简化模型的计算精度。研究结果表明,基于Bushing属性的Fasteners单元法是计算复合材料机械连接钉载分配的有效方法。     

壁板铆接变形分析及铆接顺序规划研究

壁板是构成飞机气动外形的重要组件,提高其外形装配精度对保证飞机的飞行性能至关重要。传统的研究主要集中在铆钉及孔周围的变形,而对壁板铆接整体变形的研究较少涉及。以壁板自动钻铆为对象,以单钉铆接变形分析为元模型,提出了壁板铆接"局部-整体"变形快速求解方法。钉孔周围采用体单元,壁板其余部分采用壳单元,利用"体-壳"连接建模方法,构建了"局部-整体"映射加载模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形的快速计算;以铆接变形最大值最小为目标,采用遗传算法进行铆接顺序优化,实现了对壁板铆接变形的有效控制。     

盘─鼓结构体─壳过渡元的“虚假应力”现象及改进方法

分析了体—壳过渡元中产生“虚假应力”现象的根本原因，给出了两种改进方法。方案一是在采用体元应力应变模型的基础上提出了一种单元内位移、应变及应力的直接修改方法；方案二是将采用壳体应变应力状态的三维体—壳过渡元推广到轴对称，给出了具体公式。通过几个算例将上述两种方法与改进前方法进行了比较，结果表明本文提出的两种方案均大大改善了轴对称问题体壳过渡元的“虚假应力”现象，相比之下，前者公式简单，更易于实现。     

复合材料机身C型柱准静态压溃仿真及失效模式

为了研究复合材料机身薄壁C型柱结构轴向压溃吸能特性、失效模式及C型柱多层壳单元建模方法,建立多层壳单元有限元模型,基于准静态轴向压溃实验结果进行对比验证。结果表明:C型柱多层壳单元模型能够在一定程度上模拟层间分层失效及压溃过程中的局部弯曲变形和层束弯曲失效模式;仿真与实验的载荷-位移曲线吻合性较好,压溃初始峰值载荷,比吸能以及压溃均值偏差较小;但C型柱结构压溃初始峰值载荷较大,载荷效率较低,需通过优化设计进一步降低其初始载荷峰值。     

双级延伸喷管模态分析

采用有限元法对双级延伸喷管收拢状态进行了模态分析，基础喷管的出口锥和两级延伸锥采用四节点壳元，延伸喷管的展开作动筒采用三维梁单元。最后给出了前六阶振型及对应的频率。