复合材料结构力学分析CAE软件现状

复合材料结构分析软件是用以分析、设计复合材料结构的重要工具,常用的复合材料结构分析软件包括基于CAD软件发展而来的复合材料分析工具、通用有限元软件自带复合材料分析工具和以Digimat等为代表的专业化复合材料结构分析软件。本文对常用的复合材料分析软件进行了综述,介绍其主要功能,从学术、应用等多方面探讨相关产品的优点及不足;论述了专业化复合材料结构分析软件的特点及功能;分析了复合材料结构分析软件的现状和发展趋势;探讨了复合材料结构力学分析CAE软件在国产化方面所需进一步解决的问题。

热塑性复合材料系统安装结构的制备及仿真分析研究

热塑性复合材料已成为航空领域重点研究的材料,以民用飞机系统安装结构作为研究对象,通过工艺摸索给出了碳纤维增强PEEK热塑性复合材料层合板制备系统安装结构的工艺参数;采用Hashin失效准则和基于能量演化的刚度退化方法,建立了热塑性复合材料系统安装结构的仿真分析模型,较好地预测了结构的承载能力和失效模式;通过承载能力试验对仿真分析模型进行了验证,分析误差在20%以内,该方法可用于工程实践。该研究对热塑性复合材料在民用飞机结构上的应用具有一定的指导意义。

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

复合材料层合板壳结构分析理论研究进展

复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等众多工程领域,成为现代轻质高性能结构设计的核心材料,但其独特的复杂性给传统分析理论带来了前所未有的挑战。为了进一步发挥复合材料结构的优势,迫切需要发展先进的力学分析方法。系统梳理复合材料层合板壳结构分析理论的研究现状,重点介绍和评述几类代表性的分析理论,包括剪切变形理论、逐层理论、扩展逐层理论、状态空间理论以及多尺度分析方法,分析其在克服复合材料结构复杂性方面的作用和局限性。同时,系统总结了加筋和夹芯复合材料结构的建模方法研究进展。在此基础上,凝练了复合材料层合板壳力学在非线性、多尺度、多物理场耦合等方面面临的关键科学问题,并对今后的重点发展方向进行了展望。研究表明,发展三维精确化逐层理论、融合数据驱动计算力学与层合理论、构建跨尺度多物理场分析方法等将是未来复合材料层合板壳力学的研究热点,多种理论方法的融合与创新将是攻克复杂问题的有效途径。

石墨烯/高分子复合材料研究进展的可视化分析

为了解石墨烯/高分子复合材料研究领域的研究现状,利用CiteSpace软件对2004—2023年期间该领域的文献进行可视化分析,通过主题检索构建数据集,从时间分布、国家合作、机构合作及文献共被引分析该研究领域的发展情况。石墨烯/高分子复合材料领域研究活跃,中国、美国、印度为主要研究力量,中国的发文数占所有国家发文数的45%;电磁干扰、热导率及石墨烯纳米片是该领域的三个主要聚类,近期的研究热点为石墨烯/高分子复合材料用于电磁干扰,掺入石墨烯的高分子材料具有高电磁屏蔽效率。突变性分析结果表明,近期该领域的研究趋势为石墨烯增强复合材料,在低添加量下,石墨烯对复合材料力学性能的增强效果显著。

碳纤维复合材料在卫星结构中的性能与优势分析

随着航天技术的不断发展,对卫星结构材料的要求日益严格。碳纤维复合材料以其轻质、高强、高模、耐疲劳等优异性能,成为卫星结构设计的首选材料。为此,本文梳理了目前碳纤维复合材料在低轨卫星及卫星天线上的应用情况,综合分析了碳纤维复合材料在卫星结构中的优势,结合未来我国卫星结构对碳纤维复合材料的发展需求,总结展望了我国未来碳纤维复合材料在卫星结构中的发展趋势。

复合材料在结构工程中的应用与性能分析

本论文研究了复合材料在结构工程中的应用与性能分析。首先,介绍了复合材料的基本概念、组成和分类。然后,分析了复合材料在结构工程中的应用领域,包括航空航天、汽车、建筑和桥梁等。接着,探讨了复合材料的性能及其对结构工程的影响。最后,总结了复合材料在结构工程中的优势和挑战,并提出了今后的研究方向。希望本论文的研究结果可以为进一步发展和推广复合材料在结构工程中的应用提供参考。

新型复合材料在结构设计中的应用与性能分析

随着技术的快速进步,高功能合成物質仰賴于卓越的轻量化和坚固性和兼容多种环境的特性,已成为现代建筑设计的的首选材料。特别是在航空、汽车和建筑领域,多元复合材料运用引发划新纪元的飞跃,本项研究全面分析了各种材料于工程设计领域中实用效果及其功能特性,特别关注了材料遭遇多物理场交互作用下的反应特性及模拟技术的发展。深度分析,虽然复合材料展示卓越的性能和灵活性,然而,在实际运用时依旧遭遇设计难题和成本效益分析,通过对多种规模与物理现象交织的分析深度探究,本研究项目形成了一套对策应对这些难题的计谋,旨在推进先进复合材料技术的连续革新进程并扩展其使用范畴。

基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析

基于ANSYS软件,对某款应用于GL3A风场的1500kW大型复合材料风力机叶片进行了结构分析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,其频率分别为0.86Hz和1.59Hz;在极限挥舞载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为8.445m,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载荷作用下的叶尖挠度为8.12m,计算值与试验值的误差只有3.8%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力分别为228MPa和201MPa,而该叶片玻纤/环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为720MPa和380MPa,其计算最大应力只有对应实测极限强度的31.7%和52.9%。

基于细观结构的三维机织复合材料弹性性能的分析

三维机织复合材料具有复杂的细观结构，通过采用双凸透镜的几何形状来描述被压扁的纤维束横截面，引入细观结构和几何参数，建立了基于织物细观结构预测三维机织复合材料的纤维体积分数和弹性常数的方法。通过参数分析预测了结构和几何参数对三维复合材料弹性性能的影响。开发了一个具有友好界面的三维机织复合材料弹性性能的分析软件，为复合材料结构设计者选定适合的织物增强结构提供了有效的计算工具。理论计算结果与实验值的比较，表明了分析方法的正确性。

SiC_P/Al复合材料的显微结构分析

采用粉末冶金+热挤压工艺制备SiCp/Al复合材料,测定其力学性能。利用X射线衍射分析复合材料物相的组成,用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其微观组织结构。结果表明,SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀,SiC颗粒与基体结合良好;基体主要是α-Al,强化相β′-Mg2Si和弥散相(Fe,Mn,Cu)3Si2Al1(5体心立方结构,晶格常数1.28nm);SiCp/Al界面则为Al和Mg元素扩散到SiC表面的SiO2层形成的20nm^30nm无定形层;复合材料的断裂机制主要是SiC颗粒断裂和SiCP/Al界面塑性撕裂;复合材料在变形过程中,SiC颗粒可阻止裂纹的扩展。

编织结构复合材料动态特性的实验模态分析

利用实验模态分析方法对碳纤维／环氧树脂编织结构增强复合材料的动态力学特性进行了实验研究，确定了编织复合材料梁、管的振动模态参数与传递函数，并与钢质梁、管的动态性能相比较。结果表明：在冲击脉冲载荷作用下，先进编织结构复合材料与传统金属材料相比具有较高的固有频率、阻尼比，以及比刚度大、稳定性好、对冲击脉冲载荷作用的减震效果等良好的综合动力学特性。

蜂窝夹层结构复合材料特性及破坏模式分析

文章介绍了蜂窝夹层结构复合材料的特性,结合研制实践破坏模式做了分析,同时还叙述了损伤破坏模式类型和损伤修补要求等内容。

复合材料格栅结构屈曲特性分析

复合材料格栅结构是由连续纤维缠绕的斜向及环向肋和蒙皮组成的结构。基于Mindlin一阶剪切变形理论下的层合板和层合梁单元,模拟格栅结构的蒙皮和肋骨,通过空间坐标变换和利用蒙皮和肋骨的几何连续条件,获得了复合材料格栅结构的单元切线刚度阵,并给出了复合材料格栅结构的屈曲有限元数值模拟方法。通过对设计状态的复合材料格栅结构的计算分析,并与实际轴压试验结果比对,,证明该计算方法可行,能够满足结构屈曲特性分析的要求。

复合材料挖补修理结构的压缩强度分析

基于Patran/Nastran有限元软件对复合材料层板的挖补补强结构进行细节应力分析,引入Tsai-Hill强度准则和最大剪应力破坏判据预报其压缩强度,通过PCL语言实现了挖补结构的参数化建模并讨论主要修补参数的影响规律.结果表明：强度预报结果与试验结果较好吻合,误差小于10%.复合材料层板在单向和多向载荷作用下的最大挖补角度分别为5°和4°;胶层厚度在满足胶接强度的条件下越小越好,宜为0.10-0.15 mm;挖补修理适用于孔径小于70 mm的损伤.

大阻尼高比刚度复合材料仪表板结构设计及动态特性分析

提出了一种新型五层夹芯复合材料仪表板的设计结构,其中上、下蒙皮和中心层设计成嵌入式共固化多层阻尼复合材料结构,并在上蒙皮和中心层以及在下蒙皮和中心层之间设计成一定厚度的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料,通过有限元数值模拟对其动力学性能进行研究,并与制作出试件的模态分析实验结果进行对比,表明此种设计结构具有非常高的阻尼和比刚度特性,为轻质精密复合材料仪表板设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了坚实的基础。

纤维增强复合材料结构的宏细观一体化分析方法

基于复合材料细观结构周期性假设 ,建立了一种数值型细观力学模型 ,通过将该细观力学模型与有限元分析相结合 ,建立了纤维增强复合材料结构的宏、细观一体化分析方法。该方法在结构分析中能够在获得宏观应力、应变场的同时获得细观应力、应变场。该方法可用于复杂细观结构特征的复合材料结构分析 ,也能用于涉及材料非线性的复合材料结构分析。

小波分析在复合材料层合结构损伤检测中的应用

利用小波变换技术 ,研究了含裂纹悬臂复合材料层合结构的损伤振动检测问题。用小波分析技术分解完好板与损伤板在方波信号激励下的动力响应信号 ,得到一系列子信号 ,并从中提取出结构损伤信息—响应信号能量谱 。

TiB_2－xAl复合材料的结构形成分析

研究了Ｔｉ和Ｂ颗粒尺寸的变化对自蔓延高温合成（ＳＨＳ）ＴｉＢ_２—ｘＡｌ金属基复合材料的燃烧温度和燃烧波速度的影响。结果表明，Ａｌ颗粒不直接参与化学反应，其尺寸变化对ＳＨＳ过程的影响要小得多，但是反应过程中形成的熔融Ａｌ能阻止ＴｉＢ_２晶粒的长大，因而可以控制ＳＨＳ产物的结构。通过燃烧波峰淬熄（ＣＦＱ）法，对该复合材料的ＳＨＳ过程结构形成机理进行了分析。

复合材料设计与分析软件的介绍

伴着复合材料的广泛应用,多种复合材料设计、分析软件相继开发出来,使复合材料的设计与分析变的更加便捷、准确。本文介绍了Laminate Tools、ESAComp等4种复合材料设计、分析软件,描述了各自的主要功能和特性,以及在复合材料设计、分析中发挥的作用。