复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲分析

为了建立复合材料加筋壁板承受压缩载荷下屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法,对复合材料加筋壁板进行了压缩稳定性试验和有限元分析研究。采用特征值分析法对加筋壁板进行了屈曲分析,得到加筋壁板的屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;根据加载端的载荷-位移曲线采用弧长法(Riks),得到了弧长法的屈曲载荷及后屈曲承载路径;引入失效准则,得到后屈曲直至破坏的承载能力。对比两种有限元分析法与试验结果可以得到:加筋壁板的后屈曲承载能力很大,特征值法分析屈曲载荷较弧长法更精确,而弧长法可以更好模拟后屈曲行为,建立的分析法与试验结果吻合较好。     

复合材料加筋壁板的结构布局优化设计

一个二级优化设计方法被用于复合材料加筋壁板的结构布局优化设计。第一级对加筋壁板的主要截面尺寸进行优化,着重把筋条间距作为设计变量,其中讨论了各设计变量与结构稳定性之间的关系,以及结构质量与结构稳定性和刚度之间的关系。第二级以提高结构的屈曲因子为目标函数,采用遗传算法进行固定铺层数下的铺层顺序优化。在优化的过程中,应用软件MSC.Patran/Nastran进行具体的结构有限元分析,保证计算的准确性,同时也考虑了设计规则和生产工艺等方面对复合材料结构的要求。计算结果表明,采用二级优化设计的方法是可行的。     

燃油冷却面板传热特性试验与计算分析研究

采用热电偶测温、气壁红外测温及燃油样品裂解度测量等多种手段,在DJ-21电弧加热器上进行了燃油冷却面板传热特性试验.进行了共计19次燃油冷却面板传热特性试验,试验高状态对应平均热流为1.6MW/m2,低状态对应平均热流为1.1MW/m2;用于冷却的燃油质量流率为1.84~5.8g/s.为了反映冷却面板热流密度分布,以喷管三维流动计算结果作为输入条件,将计算得到的热流密度与试验测量的冷壁热流密度比较,用以确定流场计算方案、流场切取方案和热流密度计算方案.发展了冷却面板稳态准三维热分析程序,将等效热流对应的冷壁对流换热系数和燃气总温作为高温燃气侧的边界条件.使用热分析程序完成了相应的计算.通过试验与计算数据对比研究,表明热分析计算的可信性.试验验证了冷却面板的设计与加上是可行的.     

PMI泡沫夹芯结构在A380后压力框上的应用

和蜂窝芯相比,在热压罐固化过程中,PMI泡沫各向同性的孔隙结构还能满足侧压下的尺寸稳定性的要求而无需用泡沫胶填充.另外,泡沫还能将热压罐的压力均匀地传递给泡沫下方面板的铺层,使其压实,没有压痕等表面缺陷.     

膜片翻转过程中的偏心问题及改进方法

金属贮箱膜片翻转试验中出现的偏心问题,易造成气液掺混、推进剂泄露等严重后果.为解决膜片的偏心问题,数值计算膜片翻转过程,通过加入弹塑性本构模型引入了显著的数值偏心现象,膜片的最大偏心量约为60mm,且其偏心表现形式与试验中的偏心形式一致性好.提出了改变锥段高度与膜片厚度、环向加筋等方法解决偏心问题,得出了不同方法对数值偏心现象的改善结果.研究表明:增加膜片厚度改善偏心问题效果最好,但同时会显著提高膜片的屈曲载荷与结构质量;改变锥段高度方法次之,但最优锥段高度需根据膜片圆弧旋转段半径进行相应调整;环向加筋方法稍差,但通用性好,且不会显著提高结构质量.     

层级优化技术与壁板结构优化研究

为了实现结构优化设计中形状、位置、尺寸等设计变量的解耦,在对现有优化理论及算法分析的基础上,介绍了广义层级优化技术的思路并分析了其优缺点,并基于广义层级优化的思想,提出了基于模型的狭义层级优化技术。对PCL语言参数化自动建模技术进行研究,并结合复杂加筋壁板类结构层级优化算例对狭义层级优化技术进行了验证,优化后减重效果明显。优化过程及结果表明层级优化技术可行,具有工程使用价值。     

加筋正六角铝蜂窝异面力学特性与筋胞厚度匹配优化

基于显式非线性有限元数值仿真分析方法,建立不同构型等壁厚加筋正六角铝蜂窝的全尺度精细离散模型,对比不同形式加筋蜂窝低速10m/s异面加载时力学特性的变化,评估出双筋加筋形式强于单筋形式,双厚强于单厚的加筋构型。研究加筋板厚度与蜂窝胞元壁厚间的匹配效应,通过改变筋板厚度,分析加筋板厚对蜂窝整体屈曲模式的影响,并采用等效表观密度特征因子评价加筋蜂窝的屈曲模式改变对整体力学特性影响的贡献度,发现筋胞匹配间存在明显的"分离点",当所加筋板小于一定厚度时,加筋蜂窝的平台区平齐、完整,但随厚度增加,其响应特性突变,平台区波动剧增,超出此厚度比例构造的加筋型蜂窝其功用将受到影响;1.5倍胞壁厚加筋的蜂窝力学性能稳定,平台强度提升显著,是最优的筋厚选择方案。     

三种Ｔ７００ 级碳纤维及其复合材料性能比较

对ＭＴ７００、Ｔ７００－Ａ 及Ｔ７００－Ｂ 三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒

轴压稳定性进行逐级对比研究ꎮ 结果表明:ＭＴ７００ 碳纤维拉伸性能达到同级别进口碳纤维水平且具有高模量

特征ꎻＭＴ７００ 碳纤维表面均布沟槽的结构特点使得ＭＴ７００/６０３ 复合材料体系表现出良好的界面性能和拉伸－

压缩匹配性ꎬ单向板压缩强度、层剪强度及弯曲强度均明显高于Ｔ７００－Ａ/６０３ 和Ｔ７００－Ｂ/６０３ꎻＭＴ７００/６０３ 网格

加筋圆筒轴压破坏强度及模量分别达到８７０ ｋＮ 和１０８.２ ＧＰａꎬ相比于Ｔ７００－Ｂ/６０３ 分别提高１１.５％和３３.１％ꎮ

ＭＴ７００ 碳纤维更适用于制备航天领域结构复杂承力构件ꎮ

     

含离散源损伤的复合材料壁板的剩余强度评估

为研究含离散源损伤的碳纤维增强树脂基复合材料曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度,对7长桁4框的复合材料曲面帽形加筋壁板进行了试验和分析。结果表明,与离散源损伤距离超过1个典型长桁间距壁板的蒙皮和长桁在轴压载荷作用下轴向应变分布较均匀;加载过程中,损伤区附近应力重新分配,降低了应力集中,离散源损伤可简化为圆孔;基于FD判据和经典层压板理论的计算方法能较准确的计算出含离散源损伤的曲面帽形加筋壁板在内压-轴压联合载荷下的剩余强度;并针对复合材料曲面帽形加筋壁板的结构特点、应变分布特征及破坏模式提出一种在内压-轴压联合载荷下轴向剩余强度的工程估算方法;计算结果均与试验结果吻合较好。     

机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析

中国机场通常采用板宽不超过5 m的水泥混凝土道面板,国际上已有机场采用板宽6 m以上的水泥混凝土道面板。相比大尺寸水泥混凝土道面板,小尺寸道面板容易产生病害。为了研究道面板尺寸对道面性能的影响,基于弹性层状理论体系建立道面结构有限元模型,通过改变水泥混凝土道面板平面尺寸,研究了考虑温度梯度时飞机荷载作用下道面板内的应力变化。通过某机场实例分析了温度梯度和飞机荷载共同作用下道面板平面尺寸对道面使用寿命的影响,结果表明:道面板内应力受温度梯度影响较大,常见机型荷载作用下,夏季道面板内拉应力25%以上是由温度梯度荷载造成;不同尺寸道面板在相同荷载作用下,道面产生的损伤量不同,设计过程中加入道面板温度应力计算,选择合适的道面板尺寸,可以显著提高水泥混凝土道面的预期使用寿命。