含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋圆柱壳(AGS)的热-机耦合非线性屈曲分析

采用基于复合材料一阶剪切理论的有限元法研究了含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋(AGS)板壳结构的热-机耦合屈曲性态,在屈曲分析中考虑了材料热物理、力学性质与温度相关特性和分层损伤处的上子板、下子板的接触效应。同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。通过一含多分层损伤的典型复合材料格栅(AGS)圆柱壳结构算例分析,讨论了在热-机耦合作用下分层大小、个数和分层位置对该结构屈曲性态的影响。结果表明:复合材料格栅(AGS)圆柱壳结构具有较强的抗热屈曲的能力和良好的损伤容限性。该文提出的方法和所得结论将对AGS结构的热-机耦合屈曲能力的预测和损伤容限设计具有一定参考价值。

用于AGS结构分析的混合法

结合均匀化模型和加筋单元模型构造了一种混合模型用来分析复合材料格栅加筋板/壳结构(AGS)。所构造的加筋单元模型是一种高性能协调转角独立加筋板壳单元,保持了肋骨和蒙皮位移场的协调性,同时还满足肋骨和蒙皮具有独立转动条件,该单元中肋骨的方向和位置任意。混合法具有精度高、速度快等特点。通过典型算例讨论了肋骨间距和高度对均匀化模型计算结果精度的影响,通过对带孔复合材料AGS板孔边特殊点应力值的分析证明了混合法的有效性。

含分层损伤的复合材料格栅(AGS)板的非线性热屈曲分析

采用基于复合材料一阶剪切效应理论的有限元法分别研究了含分层损伤的复合材料层合光板、单向加筋板和格栅加筋(AGS)板的热屈曲性态。在分析中考虑材料热物理性质与温度相关特性,同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。3种结构的典型算例分析和结果的比较表明,复合材料格栅(AGS)板具有很强的抗热屈曲的能力,但是,分层损伤将使其临界温度降低,同时还会导致热屈曲的模态发生改变。本文中提出的方法和所得结论对AGS结构的热承载能力预测和损伤容限设计将具有参考价值。

含分层损伤AGS起裂和扩展过程数值模拟

建立了在压缩荷载下先进复合材料格栅加筋结构(AGS)后屈曲阶段的分层起裂和扩展过程的数值模拟方法.首先,基于一阶剪切变形理论和Von Karman几何非线性关系,提出了AGS结构后屈曲有限元分析模型;其次,采用总能量释放率准则,并利用虚裂纹闭合法(VCCT)及自适应网格的生成和移动技术分析了分层损伤的扩展过程,在分析过程中考虑了分层前缘的接触效应;最后,应用OpenGL实现了分层损伤的扩展动态可视化过程.通过典型算例,讨论了肋骨与分层中心的相对位置,以及蒙皮的铺层方式对AGS结构的分层起裂和扩展过程的影响.所提方法和所得结论对AGS结构的承载能力预测将具有参考价值.

先进复合材料AGS结构损伤扩展分析

基于精细加筋单元模型提出了一种用于先进复合材料格栅加筋(AGS)结构的损伤启始和扩展分析方法。该方法同时考虑了层内损伤和层间损伤,其中,层内损伤包括蒙皮纤维破坏、蒙皮基体开裂、蒙皮纤维-基体剪切破坏以及肋骨纤维破坏,而层间损伤为蒙皮分层损伤。对于层内损伤采用材料常数退化准则;而对于分层损伤,提出了一种新的等效刚度退化准则。通过典型算例证明了该损伤模型用于AGS结构分析的有效性,并详细分析了中心含孔复合材料正交各向异性格栅加筋曲板和光板在轴压下的损伤扩展机理和行为。计算结果表明,蒙皮层内损伤往往先于分层损伤发生并扩展,纤维-基体剪切破坏在45°铺层扩展速度最快,分层损伤区域极易发生局部蒙皮失稳。

苏州高龄肌少症患者的身体成分及步态学特征研究

目的随着中国社会人口老龄化的进程加快,肌肉质量和力量下降引起的肌少症在老年人群中日益增加。本研究通过探讨不同步态指标和人体成分参数对苏州75岁以上高龄肌少症患者的评估价值,为未来临床推广运用提供建议与依据。方法根据亚洲肌萎缩症工作组(Asian Working Group for Sarcopenia,AWGS)的共识报告,46名(44.23%)参与者被诊断为肌少症,58名参与者(55.77%)被确定为非肌少症。采用生物电阻抗分析(bioelectrical impedance analysis,BIA)评估参与者的人体成分,运用无线可穿戴步态评估设备分析参与者的步态特征,此外对参与者的认知功能进行评估。结果与非肌少症老人相比,高龄肌少症患者的骨骼肌指数(skeletal muscle index,SMI)、上臂围度(arm circumference,AC)、上臂肌肉围度(arm muscle circumference,AMC)明显更低(P<0.05)。然而在肌少症与非肌少症高龄老人之间,包括步频、步速、步进时间、步幅长度、转弯时间、转弯角速度在内的步态参数均无显著统计学差异(P>0.05),肌少症并没有导致高龄老人的步态表现进一步下降。其中SMI对肌少症的预测能力最佳(AUC为0.872,敏感度56.5%,特异度98.3%),AC(AUC为0.616,敏感度73.9%,特异度50.0%)和AMC(AUC为0.735,敏感度89.1%,特异度50.0%)对于肌少症也有较好的预测价值。AC+AMC+SMI(AUC为0.891,敏感度73.9%,特异度84.5%)的组合模型进一步提高了预测性能,较单独应用SMI显著提高了敏感度(从56.5%提升至73.9%)。此外,高龄肌少症患者与同龄老人相比没有表现出显著的认知功能下降。结论在高龄老人中,SMI仍是诊断肌少症的金标准,我们的研究结果还表明,AC、AMC也有良好的预测价值,并且更易获得。SMI联合AC+AMC指标的组合可以作为肌少症更精准的筛查方法,具有更高的诊断敏感度,也兼顾了特异度。此外,我们发现步态指标筛查肌少症的方式在高龄老人中可能并不适用,高龄肌少症患者的认知功能没有出现更进一步的下降。

树脂基复合材料T300/5405的吸湿性能及湿热环境对力学性能的影响

研究了单向铺层的T300/5405复合材料在六种湿热环境中的吸湿行为,并利用扫描电镜研究了材料吸湿过程中的形貌变化。同时计算了在不同湿热条件下的水分扩散系数。结果表明在较高的温度和湿度下会使水分的扩散速率增加。老化后试样的剪切强度、弯曲强度和压缩强度随着老化时间的延长均有所下降,同时在相同的温度条件下,提高湿度会使材料的力学性能下降更快。

先进聚合物基复合材料的老化研究——Ⅰ.热氧老化

研究了 T3 0 0 /540 5和 T3 0 0 /HD0 3这 2种先进复合材料在热氧老化中的失重率、力学行为和玻璃化转变温度随老化温度与老化时间的变化。发现它们的热氧化机理包括脱湿、残余低分子组分的挥发、后固化、热分解和物理老化等 。

冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲

采用数值分析方法研究了冲击后含损伤的复合材料格栅加筋板的后屈曲特性。基于Mindlin一阶剪切理论和Von Karman大挠度理论,建立了冲击后蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板后屈曲分析的有限元方法;分析中同时考虑了蒙皮和肋骨中纤维断裂、基体开裂等损伤累积造成的刚度的退化和蒙皮分层子板间的闭合接触效应,为含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲特性研究提供了一种有效的数值分析方法。分析结果表明,蒙皮分层面积较大时,格栅加筋板出现蒙皮分层上子板的局部屈曲后仍然具有较强的继续承载能力,而在后屈曲分析中,应考虑损伤累积对格栅加筋结构承载能力的影响;采用非线性虚拟界面元可成功处理分层子板间的闭合接触效应。

复合材料格栅结构单元力学性能预测

采用商业有限元软件MSC.Nastran,运用简单的Shell单元对复合材料格栅结构蒙皮和加强筋进行模拟,预测复合材料格栅结构名义纵向拉伸强度/模量,弯曲强度/模量。计算结果表明,随着复合材料格栅中肋高度的增加,名义弯曲强度/模量和拉伸强度/模量均有下降趋势。

基于累积失效法的含损伤格栅加筋板非线性屈曲状态分析

分别采用基于Mindlin一阶剪切理论八节点层合板单元和三节点层合梁单元来模拟蒙皮和肋骨,用累积失效法研究了在压缩载荷作用下蒙皮内含分层损伤复合材料正交格栅加筋板的非线性屈曲性态,分析中考虑了加载过程中蒙皮和肋骨纤维断裂、基体损伤和纤维-基体剪切失效造成的刚度退化,并采用了非线性接触单元模型处理蒙皮分层上下子板间的接触效应。通过典型算例,讨论了蒙皮铺设方式、蒙皮分层的面积和深度、肋骨与蒙皮的刚度比,累积失效行为等因素对格栅加筋板非线性屈曲性态的影响。

复合材料格栅加筋板的分层扩展特性

采用有限元方法对低速冲击后蒙皮内含有不同分层形式的复合材料格栅加筋(AGS)板的分层扩展行为进行了数值模拟。采用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率,并以总能量释放率准则作为分层扩展判据,结合自适应网格移动技术,分别研究了在压缩载荷作用下,蒙皮内具有圆形和椭圆形分层的复合材料格栅加筋板的分层扩展过程。数值研究结果表明:分层深度的变化导致了AGS的分层扩展特性十分复杂,它与分层深度、初始分层尺寸、蒙皮和肋骨的刚度比、后屈曲变形模式等因素都密切相关。本文结论对AGS的承载能力预测及优化设计具有一定的参考价值。

含分层损伤复合材料等三角形格栅加筋板的起裂和扩展过程研究

对在压缩载荷下先进复合材料等三角形格栅加筋板结构(AGS)后屈曲阶段的分层起裂和扩展过程进行了研究。基于一阶剪切变形理论和Von-Karman几何非线性关系,提出了AGS结构后屈曲有限元分析模型;基于总能量释放率准则,并利用虚裂纹闭合法(VCCT)及自适应网格的生成和移动技术分析了分层损伤的扩展过程,在分析过程中考虑了分层前缘的接触效应。并通过典型算例,讨论了不同的初始分层尺寸、肋骨刚度对等三角形格栅加筋板结构的分层起裂和扩展过程的影响,通过与具有相同几何尺度的正交格栅加筋板结构的比较,说明等三角形格栅加筋板结构具有较高的抗分层能力。本文方法和所得结论对AGS结构的承载能力预测和设计将具有参考价值。

先进复合材料格栅制造工艺研究进展

概述了先进复合材料格栅结构的应用现状和潜在应用,分析了先进复合材料格栅结构制造工艺的共性问题和个性特征,按照赋形方式将先进复合材料格栅典型制造工艺划分为"硬模"工艺、膨胀垫工艺、膨胀块工艺、混合模工艺、互锁工艺、方管增强工艺、夹层互锁工艺,总计7类工艺,介绍了这7类工艺的基本原理,分析了这7类工艺的不足和适用范围,并针对工艺不足提出相应的改进措施。

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究Ⅰ:前向响应模型

先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、航天结构工程中有着广泛的应用前景。本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究。本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型。考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e,对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进。基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论,建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式,应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应,并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性。该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构Ⅱ:逆向重构的研究提供前提条件和理论基础。

平板型复合材料格栅结构载荷重构研究--Ⅱ：反演模型与验证

将最优化方法应用到复合材料格栅板的载荷重构中,基于文献[11]所建立的前向响应模型,通过构造误差性能指标J表征前向响应模型与实测响应的差,将载荷的反演转换为所定义误差性能指标极值条件的获取,应用平滑算法对指标J的极值进行了求解;并借助分布式响应的功率梯度云和指标J极值点的搜索给出了一套由粗到精的载荷定位方法,实现了AGS板的载荷时程和载荷位置的同时重构。算例与实验研究表明,本文方法具有较高的反演精度和鲁棒性,从而为AGS的工程应用提供了必要的技术储备。

铺丝成形复合材料格栅筋条的纤维形态与弯曲性能评价

为进一步提高复合材料格栅筋条结构承载效率,提出了基于“剪断-续铺”的格栅节点纤维形态调控方法,采用显微观察、有限元仿真、试验验证的手段,研究了不同剪断续铺层含量和分布位置对复合材料格栅节点处纤维形态和格栅筋条弯曲性能的影响。结果表明,复合材料格栅筋条铺丝成形过程中,合理的非连续铺层在提高筋条极限弯曲载荷的同时,还会在其内部引入伪韧性弯曲行为。仿真结果与试验结果误差小于8%,具有良好的一致性。利用建立的有限元模型分析了含非连续铺层的格栅结构失效机理。综合分析非连续铺层对格栅节点纤维形态、格栅结构弯曲载荷承载能力和力学行为的影响,对于常见格栅筋条,其最优的格栅筋条节点非连续层含量为25%且在节点顶部集中分布。

MT300/603复合材料工艺仿真与缺陷控制

从热传导/固化反应和树脂流动/纤维密实两方面对MT300/603复合材料热压罐成型工艺进行仿真分析,研究固化温度、保温时间、加压时机及成型压力对先进网格结构纤维体积含量与内部质量的影响规律,建立工艺改进与缺陷控制措施。通过?1 m网格试件无损检测及轴压破坏实验验证,结果表明:提高成型压力、强化预压实等工艺优化与缺陷控制措施有效,试件的内部质量及承载能力明显提高。

偏置椭球冠状先进复合材料后压力框格栅结构方案

本文研究了偏置椭球方程,改变相关参数可得到不同尺寸和形状的后压力框,得到了一种偏置椭球冠状后压力框外形的确定方法。由某型飞机的尺寸相关要求确定后压力框的外形,采用有限元法对此种形式的后压力框进行内压作用下的应变分析以及外压作用下的稳定性分析,采用局部壳体稳定性分析的研究方法确定加筋基本方案,并对格栅加筋后的后压力框进行外压下稳定性分析,考虑不同加筋形式的影响,最终得出较优的格栅加筋结构方案。

蒙西电网典型污秽地区复合绝缘子老化性能研究

选取蒙西电网某220kV输电线路上的单支复合绝缘子为研究对象,通过外观检查、X射线数字成像、扫描电子显微镜微观形貌观察、能谱分析、静态接触角测量及傅立叶红外光谱分析等试验方法对其老化性能进行研究。结果表明:较差的运行环境使复合绝缘子在短期运行后表面积污严重,高压侧金具镀锌层锈蚀严重;由于黏合工艺不规范,部分伞裙与护套的胶结面有孔隙及裂纹等缺陷;复合绝缘子伞裙的老化特征与朝向及位置有关,与低压侧和中段位置相比,高压侧伞裙表面形成的微裂纹宽度最大,朝南侧的伞裙中Si(CH3)2、Si-CH3、CH等有机官能团数量较低。静态接触角的测试结果表明,不同位置伞裙的憎水性能良好,均达到了HC1—HC2级。提出加强输电线路在役复合绝缘子监督工作、定期对其性能进行检测等建议。