含孔復(fù)合材料層合板孔口縫合補強層間應(yīng)力分析

對含孔復(fù)合材料層合板的破壞模式和拉伸強度進行了研究,考查了孔的直徑和形狀對層合板強度的影響.通過實驗研究,測量出含孔層合板的強度.利用有限元軟件abaqus的子程序usdfld建立了逐漸損傷失效模型,對層合板的強度進行了數(shù)值模擬.研究結(jié)果表明,數(shù)值模擬得到的強度值和實驗測量的強度值吻合較好,文中建立的數(shù)值模型可以有效地預(yù)測含孔層合板的強度.

含孔復(fù)合材料層合板的壓縮性能研究-論文

論文開展了受拉伸復(fù)合材料層合板圓形開口四種補強型式的研究.首先,基于hoffman準(zhǔn)則,分析補強型式對首層失效強度的影響,再通過比較開口周圍最大應(yīng)力和應(yīng)變的降低程度,分析圓缺、環(huán)形、橢圓缺和矩形缺四種補強型式的補強效率.通過有限元參數(shù)化建模,分析了幾何尺寸對補強效率的影響,給出了不同補強型式適合的補強范圍.研究表明通過合理地設(shè)計補強型式可以有效地降低應(yīng)力集中,提高拉伸破壞強度.分析結(jié)果可以為復(fù)合材料飛機結(jié)構(gòu)在相似形狀和載荷條件下的補強設(shè)計提供參考.

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為在設(shè)計復(fù)合材料機械連接時有據(jù)可循,采用有限元分析方法,對復(fù)合材料機械連接層合板進行分析,給出正交異性帶孔板相對邊距h/d以及相對寬度d/b對孔邊應(yīng)力集中的影響,結(jié)果表明:h/d及d/b對孔邊應(yīng)力集中因子的影響較大;隨h/d的增加,最大環(huán)向應(yīng)力集中因子kmaxσθ減小,而徑向最大應(yīng)力與擠壓應(yīng)力比krd變化不大;當(dāng)復(fù)合材料板的寬度減小時,環(huán)向最大應(yīng)力與擠壓應(yīng)力比kσd增大,而krd幾乎不會隨d/b的改變而改變,但徑向應(yīng)力的分布會因孔外形的變化而產(chǎn)生明顯的差異。為復(fù)合材料機械連接設(shè)計提供了一定的參考。

復(fù)合材料機械連接層合板孔邊應(yīng)力集中研究 作者：鄭潔，李龍彬，錢超 作者單位：鄭潔,李龍彬(第一飛機設(shè)計研究院強度設(shè)計研究所,西安,710089)，錢超(第一飛機設(shè)計研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計 研究所,西安,710089) 刊名： 航空工程進展 英文刊名：advancesinaeronauticalscienceandengineering 年，卷(期)：2012,3(4) 本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/periodical_hkgcjz201204010.aspx

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孔的存在對于結(jié)構(gòu)強度有相當(dāng)大的影響。對于復(fù)雜孔形孔邊邊界條件的描述在數(shù)學(xué)上有一定的難度。邊界條件建立的不夠準(zhǔn)確會給后續(xù)的計算帶來很大誤差。本文通過復(fù)變函數(shù)理論建立復(fù)雜孔形精確的邊界條件,提高有限元建模的精度。對含機翼檢修孔的正交各向異性板在外荷載作用下進行計算,得到孔邊應(yīng)力場的數(shù)值解。給出孔邊應(yīng)力分布和板的變形。

基于厚板理論和材料的參數(shù)退化準(zhǔn)則,以三維hashin準(zhǔn)則作為失效判據(jù),研究了一種考慮z向應(yīng)力復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)的漸進失效計算方法,發(fā)展了復(fù)合材料中厚尺度含孔層壓板漸進失效模型。使用abaqus軟件的用戶材料子程序umat,編寫材料屬性程序,建立含孔復(fù)合材料厚板的漸進失效分析模型,較好地預(yù)測了復(fù)合材料層壓板的損傷擴展過程,并預(yù)測的極限強度與復(fù)合材料層壓板開孔拉伸標(biāo)準(zhǔn)試驗的試驗數(shù)據(jù)吻合較好,驗證了該模型在預(yù)測復(fù)合材料層壓板極限強度上的有效性,該模型在對網(wǎng)格劃分的簡化極大地提高了計算效率。

將基于單層板理論的逐漸累積損傷強度預(yù)測方法推廣用于含孔二維機織復(fù)合材料層合板的強度預(yù)測,建立了含孔二維機織復(fù)合材料層合板的逐漸累積損傷強度預(yù)測方法。并在ansys軟件平臺上開發(fā)了相應(yīng)的參數(shù)化二維機織復(fù)合材料含孔層合板逐漸累積損傷強度預(yù)測程序,對兩種孔徑兩種鋪層的含孔二維機織復(fù)合材料層合板的強度進行預(yù)測,并對其損傷擴展規(guī)律進行了分析。經(jīng)與試驗結(jié)果對比表明本文所建立的強度預(yù)測方法效果良好。

運用有限元商用軟件abaqus,分析了剪載荷下腹板開孔的復(fù)合材料翼梁的孔邊應(yīng)力分布及開孔補強性能.在應(yīng)力分析中,討論了開孔間距,開孔距離梁下緣條的高度及開孔形狀對孔邊應(yīng)力分布的影響.研究表明開孔間距、開孔距離梁下緣條的高度及開孔形狀對孔邊應(yīng)力集中程度都有影響,但是開孔距梁下緣條的高度和開孔形狀影響較大;補強能降低開孔處的應(yīng)力,提高結(jié)構(gòu)承載能力.包邊補強效果最好,雙側(cè)貼片補強次之,單側(cè)貼片補強效果最弱.補強材料剛度越大,補強效果越好.

為了更加準(zhǔn)確地對雙軸向纖維增強復(fù)合材料在雙向載荷作用下的強度進行預(yù)測,本文針對tsai-wu強度理論進行了理論分析和實驗研究。首先,討論tsai-wu張量準(zhǔn)則在雙向纖維增強復(fù)合材料中的應(yīng)用問題,并確定用雙軸拉伸實驗來測定準(zhǔn)則其中的一個強度參數(shù)f12。其次,采用數(shù)值模擬方法,結(jié)合taguchi實驗設(shè)計方法對十字形試件進行外形設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化,得到了中心應(yīng)力水平高、過渡區(qū)域應(yīng)力集中系數(shù)小的十字形試件。最后,對十字形試件進行不同載荷比的雙軸拉伸實驗,通過實驗數(shù)據(jù)計算得到強度參數(shù)f12,并擬合了該材料應(yīng)力平面第一象限的強度包絡(luò)線。研究結(jié)果表明,經(jīng)實驗數(shù)據(jù)修正后的tsai-wu強度包絡(luò)線能夠準(zhǔn)確地反映出材料的強度特性。

復(fù)合材料層合板下陷是飛機結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛的典型結(jié)構(gòu)細節(jié)。以下陷長深比、相同方向下陷區(qū)間距、兩個不同方向下陷區(qū)間距為下陷區(qū)設(shè)計變量,建立參數(shù)化有限元模型；通過下陷應(yīng)力應(yīng)變分布、初始失效和最終承載能力分析,確定各設(shè)計變量對下陷區(qū)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,并進行參數(shù)化設(shè)計。分析結(jié)果表明:下陷區(qū)結(jié)構(gòu)最先發(fā)生損傷的部位為下陷區(qū)轉(zhuǎn)折處；合理的下陷參數(shù)設(shè)計變量取值為長深比b/a≥20、主受力方向上兩個下陷區(qū)間距a/h≥12、不同方向上兩個下陷區(qū)間距c/a_(min)≥1.5。

復(fù)合材料在靜態(tài)和動態(tài)載荷作用下的損傷形式是十分復(fù)雜的,精確的模型能更深刻地揭示復(fù)合材料的損傷機理。以hahn和tsai提出的單向損傷模型為基礎(chǔ)建立了剛度遞降關(guān)系,運用上述剛度遞降關(guān)系給出了一個疲勞壽命算例,計算數(shù)據(jù)與試驗結(jié)果較為吻合,相對誤差分別為7.72%和8.79%。結(jié)果表明:材料在循環(huán)加載作用下的損傷過程大體上可以分為兩個階段;通過保留泰勒級數(shù)展開二次項,能準(zhǔn)確模擬出材料的"突然死亡"行為。

本文對不同鋪層的縫紉復(fù)合材料層合板進行了吸濕試驗研究,明確了吸濕對其力學(xué)性能的影響,為該種材料的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).

板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種受力性能合理、技術(shù)經(jīng)濟效益良好的新型空間結(jié)構(gòu)形式。本文結(jié)合復(fù)合材料力學(xué)理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)(板殼理論),采用組合結(jié)構(gòu)有限元對復(fù)合材料層合板自身的強度和主要影響因素進行全面和深入的研究,研究復(fù)合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能,為復(fù)合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計和層合板鋪層設(shè)計提供理論上的依據(jù),得出了可應(yīng)用于工程實踐的重要結(jié)論。

在現(xiàn)代燃料電池、航空航天領(lǐng)域中大量使用各種復(fù)合材料。為了聯(lián)接和固定這些復(fù)合材料的各個子結(jié)構(gòu)和各類傳感器等,燃料電池和航空航天復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常采用大量的螺紋聯(lián)接。利用有限元程序(ansys)分析了中厚板復(fù)合材料螺釘聯(lián)接部的應(yīng)力場,給出了螺紋牙的載荷分布圖,研究了螺釘直徑、復(fù)合材料的纖維體分比(體積分數(shù)比)、以及螺釘與復(fù)合材料之間的摩擦系數(shù)對螺紋牙根部圓角處的最大拉應(yīng)力的影響。

采用壁板顫振分析的有限元方法,從壁板的正則化彎曲剛度、屈曲臨界溫升、顫振臨界速壓和極限環(huán)顫振幅值等參數(shù)的角度,分析了不同鋪層方向和不同鋪層順序?qū)雍蠌?fù)合材料壁板的顫振特性的影響,并給出了幾種常見鋪層方式層合復(fù)合材料壁板的顫振特性。結(jié)果表明,在設(shè)計復(fù)合材料壁板的鋪層方向和鋪層順序時,一般可以通過壁板正則化彎曲剛度的大小來對顫振速壓進行比較。但是在某些特殊的鋪層情況下,隨著溫度升高,發(fā)生頻率重合型顫振的耦合模態(tài)會發(fā)生演變,這時正則化彎曲剛度較大的壁板也有可能在較低的速壓下發(fā)生顫振。

對復(fù)合材料開孔層合板有限元建模過程中網(wǎng)格劃分方法進行量化研究。應(yīng)用參數(shù)化的方法建立多種板寬孔徑比、多種鋪層比例的開孔層合板模型,逐級調(diào)整網(wǎng)格密度,計算單軸拉伸載荷作用下孔邊最大應(yīng)力集中系數(shù)。根據(jù)有限元結(jié)果,結(jié)合牛頓插值的數(shù)值計算方法,模擬出開孔層合板合理的網(wǎng)格密度劃分方程。然后,對該網(wǎng)格劃分方程下計算的數(shù)值解進行試驗驗證與解析解驗證。結(jié)果表明,這種網(wǎng)格密度劃分方程能有效地降低計算誤差,可以在板寬孔徑比大于3的復(fù)合材料開孔層合板的有限元計算中廣泛使用。

研究了橫向諧波荷載作用下具脫層復(fù)合材料層合梁的主共振問題.首先基于經(jīng)典非線性彈性理論以及分區(qū)reissner變分原理建立了脫層層合梁的非線性動力模型,然后利用galerkin積分過程,將脫層梁的非線性偏微分控制方程轉(zhuǎn)化為常微分控制方程,進而采用多尺度法求解了脫層梁主共振響應(yīng).討論了不同脫層長度、脫層深度以及不同鋪設(shè)材料對脫層層合梁主共振行為的影響.

主要采用彈性力學(xué)及三維彈性材料各向異性理論,時纖維纏繞復(fù)合材料管的結(jié)構(gòu)進行力學(xué)模型簡化,推導(dǎo)出簡便適用的計算復(fù)合管道的應(yīng)力公式。將得出的公式用ansys軟件通過實例進行驗證,結(jié)果表明本文推導(dǎo)的公式與ansys分析結(jié)果符合良好,有一定的實用價值。

針對纖維纏繞/金屬內(nèi)襯復(fù)合材料氣瓶結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)多及設(shè)計分析困難等問題,提出了一種面向設(shè)計的纖維纏繞/金屬內(nèi)襯復(fù)合材料氣瓶應(yīng)力分析方法,并通過一個碳纖維纏繞/鋁合金內(nèi)襯柱形復(fù)合材料氣瓶的應(yīng)力分析,評估了分析方法的有效性。