CFRP板倾斜冲击损伤的非线性超声评价

针对碳纤维增强聚合物(CFRP)板的倾斜冲击损伤检测问题,提出用非线性Lamb波响应进行评估,并应用ABAQUS软件中的Explicit模块,通过有限元法建立了CFRP板受到低速冲击以及损伤后的非线性超声检测的全过程仿真模型,通过低速冲击试验和非线性检测试验验证了模型的正确性。利用此模型进一步研究了冲击角度与检测距离对相对非线性系数(RANP)的影响。研究结果表明:在一定冲击角度区间中,冲击角度的增加会导致CFRP板吸收能量及分层损伤的减小,并进一步导致了RANP的降低,而RANP与检测距离的变化趋势相一致。

平面倾斜冲击射流场的数值分析

采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对平面射流倾斜冲击平板的半封闭空间内的流场进行了数值分析。针对喷口宽度B=10mm、冲击高度H=2B和射流雷诺数Re=20000的流场,分别得到了三种射流倾角下的速度、流函数、压力和湍动能分布。计算结果表明,射流倾角的变化对流场结构具有显著的影响。当倾角减小时,左侧回流区变小,而右侧回流区变大,最大压力区和最大湍动能区都随着滞止点的左移向流场的左侧移动。

复合材料层板低速倾斜冲击损伤分析

纤维增强复合材料层板对低速冲击事件敏感,冲击产生的损伤会导致材料结构承载性能及使用寿命大幅下降。基于此,提出了一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究了复合材料层板低速倾斜冲击力学行为。采用Hashin准则结合渐进退化模型预测层内损伤起始和演化;采用界面单元结合双线性Traction-Separation本构关系模拟层间分层;编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。数值计算结果与现有正冲击下实验数据吻合较好,验证了模型的有效性。探讨了冲击角度、冲击能量对复合材料层板倾斜冲击力学性能的影响,分析倾斜冲击下层板损伤模式及失效机理,为复合材料结构倾斜冲击问题数值分析提供参考。

滚筒采煤机倾斜冲击齿的冲程设计

滚筒采煤机倾斜冲击齿的冲程设计阜新矿业学院孙劲光，孙聃，孙奇涵滚筒采煤机的冲击齿，在采煤过程中对煤壁既有冲击运动，又有切割运动。由于冲击运动的破煤效果优于切割运动，故应尽量提高冲击运动的比例，将切割运动降低到最低程度。要做到这一点，就必须合理地确定齿...

基于iSIGHT平台的倾斜冲击射流传热特性优化

为了研究和优化半封闭倾斜射流冲击移动平板的传热性能,采用iSIGHT与CFD软件的联合仿真,根据多岛遗传算法动态调整射流角度和平板移动速度,进行狭缝湍流冲击射流的数值模拟。结果表明,平板表面的传热效果主要是由板速决定的,低速时高角度下的平板表面的平均努塞尔数较高;初始设计时流场左侧的回流区和二次回流区消失,优化后的流场结构得到改善,移动平板表面的平均努塞尔数比初始设计结果提高7.62%,热传导更加均匀。

双向角度梯度内凹蜂窝结构的面内倾斜冲击性能研究

基于典型内凹蜂窝负泊松比蜂窝结构,设计了一种具有角度梯度分布的新型内凹负泊松比蜂窝结构,建立了双向递增和双向递减两类角度梯度变化的内凹蜂窝有限元模型。对典型负泊松比蜂窝结构和双向角度梯度蜂窝结构的吸能效果进行了准静态试验研究对比。通过有限元软件ABAQUS/Explicit,研究了面内倾斜冲击载荷作用下两类角度梯度内凹蜂窝结构的变形模式、平台应力和能量吸收特性。计算结果表明,当冲击倾角为2°时,角度梯度值为3°的新型角度梯度蜂窝结构具有较高的平台应力和良好的能量吸收模式。

不同冲击角度对复合材料层合板低速冲击损伤特点的影响

复合材料结构在服役过程中常受到低速冲击影响,产生不可目视的内部损伤,这将降低结构的承载能力。实际工程中,低速冲击物与结构相互作用时,可能呈现不同的冲击角度。因此,本文针对一种典型铺层的碳纤维/环氧复合材料层合板,采用ABAQUS建立90°和不同倾斜角度的低速冲击数值模型,以分析不同冲击角度对层合板接触力与损伤的影响,以及冲头旋转造成的二次接触对损伤的影响。在数值模型中,采用连续介质损伤力学模型和三维Hashin准则模拟层内的失效,并采用内聚力模型与双线性牵引-分离本构关系模拟层间分层。对90°模拟结果与试验结果进行对比分析,结果证明了所建立数值模型的可靠性。不同冲击角度冲击模拟结果表明:在冲击角度从30°升至90°过程中,法向接触力始终增大,切向接触力先增大后减小;随着冲击角度的减小,损伤的整体偏移逐渐明显,并且基体拉伸损伤面积始终较大。不同冲击能量下的二次接触模拟结果表明,随着冲击能量增大,产生二次接触的冲击角度范围减小,且二次接触对层合板顶部造成了新的损伤。

纤维增强复合材料层板高速倾斜冲击损伤数值模拟

根据复合材料三维黏弹性本构关系,建立了纤维增强复合材料层板高速倾斜冲击损伤的数值分析模型。该模型在复合材料层间引入界面单元模拟层间分层,结合三维Hashin失效准则进行单层板面内损伤识别,引入材料刚度折减方案,采用非线性有限元方法,研究高速倾斜冲击下复合材料层板的破坏过程和损伤特性。研究结果表明:层板的主要损伤形式是层间分层、基体微裂纹和纤维断裂;冲击速度不变而入射角度增大时,剩余速度减小,层板损伤面积在一定入射角度范围内有明显变化;入射角度不变而冲击速度增大时,剩余速度增大,层板损伤面积在一定速度范围内也有明显变化。

倾斜冲击与柱肋组合冷却结构的传热特性

燃气轮机透平叶片尾缘部分空间狭小,阵列冲击等强化换热结构难以直接应用。而倾斜冲击与柱肋扰流是两种易于在狭窄空间布置的冷却结构。本文针对倾斜冲击与柱肋组合冷却结构的传热特性开展了数值研究,以冲击孔倾斜角度及开孔率为研究变量。结果显示,提升倾斜角度对于换热能力的提升效果有限,且换热强度呈现出不规则变化。随着倾斜角度的提升,倾斜冲击与柱肋组合冷却结构的换热机制由柱肋前缘的马蹄涡向冲击强化转变。扩大冲击孔的开孔率会降低换热强度,同时显著降低压力损失。

非垂直冲击对冷喷涂铝基涂层残余应力影响的数值研究

对于非垂直入射的颗粒在冷喷涂沉积过程中产生的残余应力进行研究,旨在分析该状况下残余应力的变化趋势及其对沉积特性的影响。采用ABAQUS/Explicit有限元分析软件,以Al/Al作为粒子和基体的材料进行模拟,研究了粒子倾斜冲击对残余应力的影响,并添加无限元素层以增强数值稳定性。结果表明:颗粒以不同角度沉积基体的过程分为4个步骤,在冲击、瞬态喷丸和结合过程中残余应力变化幅度较大,在热冷却阶段残余应力趋于稳定。随着等效塑性应变的急剧增加,压缩残余应力会而逐渐减小,这意味着在这些倾斜角减小的区域不易发生绝热剪切失稳现象,从而影响沉积效率。在70°~80°存在一个合理入射角,该区域等效塑性应变较小,颗粒和基材的最大界面压力达到峰值。此时,残余压缩应力也可能达到最大,这会对绝热剪切失稳产生促进作用,进而加强了粒子与基体之间的结合。

基于数字图像处理方法的弹塑性倾斜接触冲击动力学试验与数值分析

针对弹塑性倾斜冲击问题,测量和预测冲击对象在接触冲击过程中的运动参数及接触力仍然是一个难点。考虑振动响应的影响,结合假设模态法和广义动量定理建立冲击对象的运动模型;根据Jackson-Green模型,将振动响应考虑到接触变形中,系统探讨和研究了弹塑性接触冲击过程中的接触力变化;基于数字图像处理方法,通过设计多标识点的冲击试验,描述与跟踪冲击对象在接触冲击过程中的运动规律,并对恢复系数和冲击后的运动参数进行试验与仿真对比分析。试验与仿真结果表明:滑动摩擦判断条件Δ呈W形分布,且存在3个临界冲击角,分别为27.5°、42.5°和58.4°;对于初始冲击角θ=45°,接触点冲击后反弹速度、角速度和恢复系数的仿真与试验结果基本吻合,其相对误差均小于5%,验证了所建模型的正确性。

冲击冷却结构流动传热特性研究

燃气轮机是一种重要的能源动力设备。自燃气轮机诞生以来,为了追求更高的功率与效率,透平进口温度不断升高,为了使得燃气轮机能够安全运转并具有合理的使用寿命,高性能的冷却结构的研究具有非常重要的意义。本文以新型倾斜冲击冷却结构为研究对象,采用实验与数值计算相结合的方法对新型结构的流动传热特性进行了研究。研究发现,随着雷诺数的增大,传热系数增大,压力损失也随之增大。