叠加法求变刚度弹性板大变形下最大挠度的研究

利用逐段变形效应叠加法推导出求解变刚度弹性板大变形下最大挠度的解析方程,扩大了叠加法的应用范围。在此基础上,本文以典型变刚度弹性板--滑雪板为例,对解析方程作了进一步阐述。最后利用解析方程解,求出滑雪板在滑雪转弯时最大挠度和速度之间的耦合方程。此方程对滑雪运动具有指导意义。

复合材料加筋板轴压后屈曲及承载有限元分析

基于Mindlin板理论和拟协调层板单元理论构建了帽形复合材料加筋壁板层合板屈曲及后屈曲行为的有限元求解列式。采用Hoffman准则针对单层板的破坏效应进行描述。采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术定义了三种逐渐破坏状态,进一步确定了壁板的后屈曲承载能力。通过板梁结构的数值分析对本文层合板方法的有效性进行了验证。进一步针对典型的帽形长桁复合材料壁板结构屈曲及后屈曲行为进行了数值分析,预测了临界压力和后屈曲承载极限。方法的构建为复杂的长桁加筋结构板屈曲临界荷载预测及后屈曲承载能力预测提供了理论及软件技术基础,为进一步类似复杂加筋复合材料结构设计和优化提供了有效方法,可有效降低试验成本并提高设计效率。

飞机舷窗有机中空透明件的变形和应力分析

针对某机型飞机舷窗有机中空透明件的载荷特点,建立了用于计算中空透明件变形和应力的迭代算法和有限元模型,并通过试验验证了该算法和有限元模型的准确性。对多种规格有机中空透明件进行了计算,分析了变形和应力与舱外气压、有机玻璃板厚度、气体层厚度的关系。

充气式机翼弯矩预测公式的建立与实验验证

基于对充气机翼翼尖加载时机翼发生纯弯曲变形过程中功能转换关系的分析,建立了充气机翼发生纯弯曲变形时的弯矩预测公式,该式表明:机翼翼尖处加载载荷越大、长度越长,机翼翼尖变形量越大,并且翼尖变形量与翼尖加载质量、机翼长度呈线性对应关系;充气压强、翼型截面积越大,翼尖变形量越小,并且翼尖变形量与充气压强和翼型截面积呈反比例函数关系。为验证理论分析结果的正确性,本文进行了NACA0012翼型充气机翼的翼尖载荷实验。实验结果表明:理论计算值与实验数据之间的误差都在10%以内(理论计算值略小);并且在小压强、大加载时由于机翼弯曲最明显、机翼伸长量最大,误差也最大,但总体上理论计算结果与实验结果基本一致。

加筋板壳结构初始后屈曲有限元分析

本文将渐近屈曲理论应用于加筋板壳结构的总体初始后屈曲分析,在近似位能泛函中保留了更多的小项,并讨论了适当缩小大型结构计算区域的问题,给出了一个便于工程应用的小型有限元程序。

飞机主承力结构细节分析

工程上往往会遇到如飞机、轮船、汽车等大型结构,对这些大型结构进行有限元分析有时须同时考虑整体以及局部。对于大型结构采用较密的网格,这样会耗费大量时间、资源等,有时会导致计算不收敛;对于局部结构须划分较细的网格才能得到局部构件的细节应力。本文采用子结构法(超单元法)对机翼整体模型中的主承力构件梁进行网格细化,其中梁筋条与肋以及梁缘条与机翼蒙皮采用钉元(弹簧元)模拟多钉连接。在危险载荷工况下对梁进行强度校核和钉载分析,结果表明子结构法能很好地反映大型结构的整体以及细节应力分布,钉元法能很好地模拟机翼多钉连接。

复合材料开孔薄壁加筋板剪切屈曲及后屈曲研究

薄壁加筋结构是飞机尤其是直升机结构的典型构型,随着复合材料在直升机上的大量使用,研究复合材料加筋薄壁结构在开孔后的剪切屈曲和后屈曲问题的分析方法,提高分析进度,是直升机结构强度设计的技术关键。以复合材料开孔薄壁加筋板试验为基础,测试了加筋板剪切屈曲和后屈曲应变及载荷历程,仿真分析了试验结果,建立了一种以risk算法、Hashin失效准则的有限元分析模型,提供了一种复合材料开孔薄壁加筋板剪切屈曲和后屈曲分析的设计方法。

国外旋翼桨叶弹性变形测量方法综述

直升机的旋翼动力学性能对桨叶挥舞、摆振、扭转运动之间的耦合运动极为敏感,在计算其动力学性能时,必须重新考虑在传统桨叶振型计算中被忽略的耦合问题,并要求有较高的计算精度,桨叶弹性变形测量工作便逐步开展起来。测量方法由最开始的应变电测法、kinematical方法,发展到后来的立体图像识别法等。新发展起来的方法在简化测量设备、提高测量精度及扩大测量范围上都有所进步,然而并不能完全取代传统的应变电测法。

PAN基高模量碳纤维微观结构研究

采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光谱(Raman光谱)研究了3种自制PAN基高模量碳纤维(1#,2#,3#)的微观结构,并与M40J,M46J,M55J碳纤维进行了对比。结果表明:3种自制PAN基高模量碳纤维微晶尺寸的大小顺序为3#>2#>1#;1#到3#碳纤维表面和截面Raman光谱所获得的R值(D峰和G峰的积分强度比)均减小,石墨化程度升高,结晶性变好;1#碳纤维的结晶性介于M40J碳纤维和M46J碳纤维之间,2#和3#介于M46J碳纤维和M55J碳纤维之间;三者的石墨化程度略高于M46J碳纤维。

各向异性弹性开孔泡沫压缩行为的数值模拟

基于各向异性开孔泡沫的随机模型,对低密度弹性开孔泡沫材料的压缩力学行为进行了有限元数值模拟,得到了其应力-应变曲线及弹性坍塌强度.讨论了模型的随机度、各向异性比及相对密度对力学性能的影响.结果表明,沿不同方向加载时,各向异性胞体的微观变形机制不尽相同,且变形较大时,支柱的弹性屈曲占主导地位;模型随机度的增大,使两个方向的压缩无量纲应力-应变曲线均有所降低,且λ=1时的无量纲应力-应变曲线与实验曲线吻合得较好.此外,开孔泡沫各向异性比的增大可使胞体伸长方向的弹性坍塌强度增大,而垂直方向的弹性坍塌强度则减小.

基于应变能法的单搭接螺栓剪切模型

为了简化复杂结构在冲击数值分析中的大量螺栓连接,可用等效的载荷位移模型代替复杂的螺栓连接关系,本文中针对单搭接螺栓连接在剪切载荷下建立了连接本构关系。首先通过对有预紧力的单搭接螺栓进行实验和精细有限元模拟,揭示了螺栓剪切载荷位移曲线的特征并针对不同特征阶段进行了相应的物理机理分析。在此基础上对于载荷位移曲线的界面黏结、部分滑移、整体滑移阶段提出了连接本构模型的基本形式和各阶段的参数估算方法。在部分滑移阶段考虑了4个方面的刚度贡献,其中部件对螺栓的支撑刚度是三维非轴对称变形问题,理论求解非常困难,本文中通过应力分布研究,采用应变能法解决了螺栓的支撑刚度的估算问题。提出的单搭接螺栓剪切模型物理含义明确,参数估算简单,准确度高。

高频噪声场中薄壁结构响应的预估

本文用统计能量分析(Statistical Energy Analysis简称SEA)法研究了在高频宽带随机噪声场中板及加筋板(航空航天器用蒙皮)的加速度响应。发现,在高频段同样外场激励情况下,加筋板的响应大于光板的。本文解释了这一用质量定理无法解释的现象,并用叠加法确定了复杂结构加筋板的模态密度、辐射阻抗和输入功率。

二次喷丸诱导应力及变形工程预测方法

为建立二次喷丸的等效分析方法,在单次喷丸诱导应力及饱和度已知的情况下,进行金属零件二次喷丸的诱导应力和变形的工程预测。以单次喷丸的饱和度曲线为分析基础,讨论了二次喷丸饱和度与喷丸时间的变化规律。用正弦函数的形式表达喷丸诱导应力,并建立了零件的平均诱导应力和饱和度之间的关系。结果表明:针对弹丸尺寸不同的二次喷丸过程,进行了基于多弹丸随机喷丸技术的有限元仿真,得到的喷丸诱导应力与理论结果相差5%左右;针对喷丸压力不同的二次喷丸过程,使用标准阿尔门试片进行了喷丸试验,试片变形与理论结果相差3%左右。仿真和试验结果均表明提出的预测方法有效、准确,可较好地预测二次喷丸后零件的残余应力和变形。

飞机结构加筋壁板参数化有限元模型的实现

提出一种基于MSC.Nastran/Patran的加筋板结构有限元模型自动生成方法。方法对加筋条位置、加筋条几何尺寸、底板几何尺寸、材料物性以及网格密度完全参数化,给出标量参数、向量参数、字符参数及动态数组在PCL函数中的具体应用,载荷、约束以及材料特性全部施加于几何体以实现网格密度的自动疏密控制。实例表明,对于帽型加筋板,张角为60°时壁板位移最小。

锥壳的轴压屈曲

依据新的精确的锥壳屈曲分支方程 ,研究承受轴向压力的刚性圆顶夹支截锥壳的稳定性。构造的屈曲模态接近分支点变形。应用 Galerkin法计算了各种截锥比壳体在全锥度的临界特征值、屈曲荷载和临界应力。结果表明 ,轴压屈曲临界应力σcr 随几何参数ν的减小和截锥比λ的增大而减小。

复合材料薄壁加筋板的压缩后屈曲研究

针对复合材料薄壁加筋板的轴压后屈曲问题,结合相关试验,采用有限元方法进行了分析,并考虑了不同分析参数的影响。结果表明,在后屈曲分析中使用立即失效模型表征材料的失效行为更符合实际情况。对于薄壁结构,在模型中添加胶层单元对结构总体行为有较大影响,在实际设计过程中可以用不含胶层单元的模型预测结构的破坏载荷和失效模式。

INTERLAMINAR FRACTURE TOUGHNESS OF MULTI-DIRECTIONAL LAMINATES

Based on the conventional compliance and area methods, a high precision method named the angle method is presented in this work. The interlaminar fracture toughness is determined by measurement of the load and the bending angle at the loading point without measurement of the crack length, and the improvement of the conventional compliance method is made, which is more precise and can be used to general DCB specimen with unequal flexural stiffness of the cantilevers. The interlaminar fracture toughness in 0/ θ(θ =0°,30°,60°,90°) interfaces of two epoxy composites, one being the carbon fibre reinforced brittle matrix T300/4211, the other the carbon fibre reinforced tough matrix T300/3261, is measured by both compliance and angle methods, and the relationship between fracture toughness and the ply angle θ is obtained. It is found that the interlaminar fracture toughness is correlated with the type of matrix and the ply angles near the crack front.

应变能恒等法在叶片疲劳寿命分析中的应用

根据应变能原理,推导出一种在应变疲劳分析中计算局部应力和应变历程的应变能恒等法.采用这种方法计算出带孔薄板应力集中处在恒幅载荷作用下的应力和应变历程,并与弹塑性有限元和有限元局部应力应变法计算结果对比.分析结果表明:当应力小于材料的抗拉强度895 MPa时,采用应变能恒等法计算的应变历程相对误差最大为8.6%,平均应力误差最大为12%,并且与有限元局部应力应变法计算结果非常接近.对航空发动机叶片/榫头喉部进行了局部应变疲劳寿命分析表明,叶片/榫头喉部应力最大处的应力已经大于材料的屈服极限.

沿隧洞轴线不同排列方式的复合地层变形破坏数值模拟研究

软硬岩层以不同排列方式组成复合地层,在隧洞工程开挖扰动作用下,软岩大变形和硬岩岩爆交替出现,使得对应力集中和大变形部位相间分布的现象开展研究变得很有意义。采用Flac^(3D)有限差分数值模拟方法,对沿隧洞轴线4种不同排列方式的复合地层变形破坏开展研究。研究内容为自重作用下4种不同排列方式下围岩位移、主应力和塑性区分布。结果表明,远离软硬岩交界面,软岩变形量增大,硬岩主应力值大。不考虑软硬岩两者接触面强度情况下,软岩塑性区范围显著大于硬岩,在接触面呈一定范围内的渐变过渡,而不是界限面上发生突变,说明软硬岩之间有相互作用影响。软岩大变形和岩爆并不是发生在两者界面上,而是在软岩和硬岩内一定距离上发生。在不考虑软硬岩界面力学参数影响情况下,位移呈较均匀对称的正态分布曲线形态。

孔边应力单元与层合板孔边应力精化分析方法研究

构造了一个满足孔边应力边界条件、层间应力连续条件以及层合板表面应力边界条件的孔边应力单元。并在位移型有限元计算所得位移基础上,提出了一个精确分析孔边应力的有限元方法。首先,运用莫雷阿(G.Morera)应力函数理沦,构造了柱坐标中满足平衡条件的三维应力场的一般表达式,并使之满足前述应力条件。然后,采用上述表达式并利用修正余能原理与拉格朗日乘子法,建立了由已知节点位移分析层合板孔边应力的基本方程。算例表明,所得计算结果与相应解析解或实验结果相符。