CFRP层合板单搭胶接接头胶板界面剥离强度仿真分析

基于异材界面奇异应力场理论,以CFRP层合板单搭胶接结构为对象,通过有限元和实验的方法分析了结构承载时板胶结合界面上出现的应力分布,锁定界面剥离强度关键区域,通过网格无关的有限元应力比值法提升仿真求解精度,最大限度还原板胶界面应力分布,着重探讨了多层各向异性CFRP板与传统均质材料在仿真过程和结果的差异,及搭接长度、胶层厚度、结构胶参数等对板胶界面应力分布及起裂点位置的影响,为板胶界面剥离应力的优化、胶接工艺的改进和单搭胶接接头强度的提升提供理论支撑。结果表明:各层参数不同的CFRP板胶界面承载时,剥离应力的最大处需由三个维度共同约束,其中两个维度的约束结果与均质材料相同,极值位于板胶界面垂直于拉伸方向的边缘,实际结构中失效的起始亦常见于此处,第三维度受层合板多层异性影响,该边缘上应力最大的点既不位于该边缘的中点也不位于界面角部,具体位置由材料参数和胶接结构共同影响。

结构参数对CFRP三螺栓胶螺混合接头连接性能的影响研究

通过实验和数值模拟研究了不同结构参数对三螺栓的碳纤维增强复合材料(CFRP)胶螺混合接头连接性能的影响机制。建立了基于三维Hashin失效准则的有限元模型,并借助超景深设备Keyence VHX-6000对接头的失效区域进行观测,探究了搭接长度、螺栓孔间距和间隙配合关系对接头连接性能的影响。结果表明:增加搭接长度能够使接头的受力分布由接头边缘向中间转移,使接头性能提升了29.9%;减小螺栓孔间距能够提高接头两端胶接区域的连接性能,使接头性能提升了15%;由于三螺栓受力不均,因此两端螺栓孔为间隙配合时,能够增加中间螺栓的受力,使接头性能提升了6.9%。接头的连接性能随着搭接长度的增加而增加,但是增速逐渐减小至零;随着螺栓孔间距的增加,接头的连接强度先缓慢增大后快速减小,最佳螺栓孔间距为15 mm;两端的螺栓为间隙配合时能够增加接头的连接性能,最佳螺栓孔直径为5.2 mm。

中外合作办学模式下机械工程专业《有限元分析和设计》教学探索与实践

为了能够有效提高中外合作办学模式下机械工程专业《有限元分析和设计》教学效果。针对中外合作办学模式下机械工程专业《有限元分析和设计》课程的教学现状及授课过程中存在的问题进行总结和思考,并对该课程教学模式、教学理念、教学内容、教学方法和手段等方面进行探索与研究,提出教学改革的内容及相应措施。希望可以为《有限元分析和设计》教学效果的改善提供借鉴。

新工科创新教育可视化研究

以“新工科”+“创新教育”为主题在CNKI数据库中收集到近六年来433篇相关文章,基于CiteSpaceⅣ开展可视化研究,探讨了新工科创新教育研究相关研究的历史沿革、热点问题和发展趋势。结果表明:自2017年复旦共识达成后,新工科创新教育的研究文献开始增长,但是现有研究多为零星散发,尚未能形成研究合力;随着对新工科创新教育的背景、理念与内涵认知的日趋完善,未来研究将聚焦在对创新模式改革和创新能力培养模式探索。各高校应不断探索新的创新教育模式,同时加强校际合作,共同推进我国新工科创新教育的改革进程。

碳纤维平纹与斜纹编织复合材料低速冲击多尺度分析与对比

为了探究平纹与斜纹编织复合材料的冲击响应,构建了多尺度框架来进行二者的分析与比较。首先构造出介观下的平纹与斜纹编织结构几何模型来探究二者的力学性能,然后将平纹与斜纹编织几何模型进行局部均匀化从而转化为等效交叉层合板模型,最后把二者的等效交叉模型拓展为宏观下的低速冲击仿真模型,在6 J能量下做了冲击仿真模拟并与实验结果做了对比。仿真和实验结果显示,二者仿真下的冲击力变化趋势与实验下的冲击力变化趋势相似,说明了该多尺度框架的可行性。斜纹编织复合材料的冲击力峰值、冲击力震荡时间以及吸收能量都要高于平纹编织复合材料。

CFRP面板-功能梯度蜂窝夹层板的抗低速冲击性能

针对蜂窝结构抗冲击性能进行有限元仿真,验证模型与实验结果的一致性,主要研究了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)面板-功能梯度蜂窝夹层板在低速冲击下的防护特性。通过改变壁厚在传统蜂窝结构中引入密度梯度,针对不同冲击能量和不同梯度系数α,对比研究了功能梯度夹层板和传统夹层板的吸能特性。结果表明,冲击能量较小时α>1的蜂窝夹层板具有更好的吸能特性,随着冲击能量的增大,具有吸能优越性的芯层从α>1逐渐向α<1转变,当冲击能量足够击穿整个夹层板时,α<1的夹层板具有更好的吸能特性。在20 J、50 J和100 J冲击能量下,同等质量下的功能梯度夹层板比传统夹层板吸能分别提升7.54%、5.33%和8.65%。

基于多尺度及ECPL模型的平纹机织复合材料胶-螺混合连接承载性能分析

采用多尺度的方法对平纹机织复合材料胶-螺混合连接接头在拉伸载荷下的承载性能进行数值模拟和试验研究。首先从纤维束的微细观尺度出发,根据纤维丝六角形堆积方式和铺层中纤维束的卷曲结构,建立纤维束微观代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型和平纹机织复合材料铺层的细观RVE模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对RVE模型进行有限元仿真分析。然后根据局部均匀化方法,引入一种能够反映铺层间0°和90°纤维束交叉方式的等效交叉层合板(Equivalent cross-ply laminates,ECPL)模型,将细观RVE的性能参数等效为ECPL模型中0°和90°子胞的性能参数。最后,将ECPL模型进行扩展,建立不同搭接参数的平纹机织复合材料胶-螺混合连接宏观尺度有限元模型并进行仿真分析,得到接头的位移-载荷曲线和损伤过程。研究表明,增大搭接长度和宽度均可明显提高接头的峰值载荷和平均刚度;在单螺栓到四螺栓的变化范围内,混合接头的峰值载荷随螺栓数量的增多而增大,平均刚度随之减小;单螺栓搭接接头的承载性能随螺栓直径的增大呈现出先增大后减小的趋势,在这个过程中接头的破坏形式由复合材料板的面内剪切破坏向挤压破坏转变。

基于ABAQUS的二维正交高速切削热—力耦合分析

采用ABAQUS非线性有限元分析软件,建立2024铝合金材料正交切削有限元模型,结合Johnson-Cook材料本构关系和剪切失效准则仿真模拟切屑的形成,对切削速度(240~360m/min)、切割角度(-6°~6°)与切削力、切削温度、Von-Mises屈服应力以及应力分布的关系进行仿真分析。结果表明:Von-Mises屈服应力取决于材料本身的性质,与切削速度和切割角度无关;切削速度从240m/min提高至360m/min时,对切削力几乎没有影响,切削的最高温度逐渐增大,工件材料接近切削区的表面温度逐渐降低,第Ⅱ变形区的切屑应力逐渐减小,第Ⅰ变形区的范围呈减小趋势;切割角度在-6°~6°内每减小6°时,切削力与切削的最高温度分别约增高7.305%和21%,已加工表面的残余应力层的深度逐渐增大,切屑的温度与应力分布沿剪切面逐渐呈条带状分布。