基于ANSYS环境的平面编织层合板拉伸破坏数值仿真

以ANSYS为平台编制了具有可移植性的APDL程序,建立了损伤累积模型,对平面编织层合板的损伤破坏行为进行了数值仿真。该模型对适合于单向铺层的Hanshin判据和Reddy刚度衰减方法进行了相应的修正。为验证模型的有效性,对G803/5224平面编织光滑板、孔板进行了相应的试验研究。结果表明,该模型仿真结果与试验结果吻合,并且比较简单直观,为平面编织层合板的损伤扩展与破坏的研究提供了便于工程应用的数字化手段。

平面编织复合材料层合板低速冲击后的拉伸性能

对两种不同铺层形式的平面编织复合材料层合板低速冲击后拉伸性能进行了实验研究,在此基础上建立了有限元损伤扩展仿真模拟。在所建立的有限元模型中,将低速冲击损伤等效为形状规则的软化夹杂,并针对两种铺层形式采用不同的损伤判据和模量衰减准则。研究结果表明:该有限元模拟结果与实验结果符合,说明该模型能够准确地预测低速冲击后平面编织复合材料层合板的损伤扩展规律和剩余拉伸强度;不同铺层形式的平面编织复合材料层合板在低速冲击后拉伸的损伤扩展规律不同;它们的冲击后拉伸强度降均>50%,在复合材料结构设计中应该受到重视。

平面编织混杂铺层层板穿透挖补修理参数分析

基于ABAQUS软件平台建立穿透挖补修理后混杂铺层层板有限元模型,对修理后层板的拉伸强度和破坏模式进行预测.为验证模型的有效性,对无损伤板和修理后层板进行了试验研究,模型计算结果和试验吻合良好.使用计算模型对修理后结构进行参数研究,比较不同挖补斜度、胶层韧性、胶层厚度、损伤尺寸及附加修理层等设计参数对修理后结构拉伸强度的影响,得到的结果可以为含穿透损伤混杂铺层层板修理设计提供理论指导.

平面编织复合材料层压板低速冲击损伤和压缩失效行为

对平面编织复合材料层压板进行不同能量的低速冲击试验和冲击后压缩试验,分析表面凹坑深度、损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。对压缩后层压板的断口进行宏观观察,分析不同等级损伤对压缩失效特征的影响。结果表明:冲击损伤分为无损伤、前表面目视勉强可见、前表面目视可见及穿透性损伤四个等级,不同等级损伤的失效特征不同;随着冲击能量的增大,表面凹坑深度逐渐增大,二者之间并不满足线性关系,存在着拐点,损伤面积也逐渐增大,在达到穿透性损伤后基本不变;剩余压缩强度逐渐降低,损伤面积和剩余压缩强度最后都有变缓的趋势。

平面编织复合材料层压板低速冲击后的压缩失效

采用超声C扫描检测、断口分析、有限元分析等方法研究低速冲击损伤对G803/5224与G827/5224两种平面编织复合材料层压板失效行为的影响。结果表明,低速冲击后压缩载荷作用下,G803/5224层压板最终为剪切分层失效,G827/5224层压板最终为剪切屈曲失效,两种层压板低速冲击后压缩的失效模式与未受损伤层压板基本相同。建立了平面编织复合材料层压板的损伤扩展与失效模型,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,可用于平面编织复合材料层压板的失效仿真。

含孔平面编织混杂铺层层合板压缩性能

对含孔平面编织混杂铺层复合材料层合板的压缩性能进行试验研究,考察铺层比例和铺层顺序对其压缩破坏和压缩强度的影响,然后利用点应力判据和平均应力判据进行层合板剩余压缩强度的估算。结果表明0°铺层比例的增加,提高了层合板的剩余压缩强度;(±45)编织铺层比例在20%-25%之间有助于提高层合板的剩余压缩强度;点应力判据和平均应力判据适用于这种混杂铺层层合板的剩余压缩强度的估算。

含多处分层损伤平面编织层合板自由振动特性研究

基于层合板Mindlin一阶剪切变形理论,研究多处椭圆内埋型分层损伤对复合材料层合板固有特性的影响规律。根据一般分层模型,并采用线性接触模型模拟分层区域上、下子板的相互作用,建立含多个椭圆内埋型分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。通过典型算例分析,分别讨论分层类型、位置和数目或深度诸参数对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明,对于内埋型分层损伤,表面分层与中间分层对固有频率的影响区别很小;分层深度越深,越靠近固支端,损伤对层合板固有频率的影响越大;纵向椭圆内埋分层对平面编织层合板固有频率的影响比横向椭圆内埋分层要更严重。

含孔损伤平面编织层合板固有频率研究

本文对一端固支含圆形孔损伤平面编织层合板的固有动力特性进行了试验研究。基于MSC.Patran建立了含圆形孔和椭圆孔损伤平面编织层合板的有限元模型,研究了圆孔损伤和椭圆孔损伤的损伤尺寸对一端固支纤维双向层合板固有频率的影响规律。试验结果表明,有限元方法得到的含圆孔损伤层合板固有频率与试验值吻合较好;圆形穿孔和长轴平行于试件长度方向椭圆形穿孔损伤对平面编织层合板各阶固有频率的影响规律相同;在椭圆穿孔损伤尺寸小于一定值或偏心率较小时,可用圆孔来估算椭圆形穿孔损伤和结构设计开孔对结构固有频率的影响。为开口复合材料结构件的设计以及含孔损伤复合材料结构件的维修设计提供依据。

平面编织复合材料层压板的冲击失效行为

对复合材料层压板进行不同能量的落锤冲击试验,根据凹坑深度将冲击损伤分为无损伤、目视不可检、目视可检与穿透损伤4个等级。通过C-扫描检测、热揭层、损伤截面观察等方法,研究了不同等级损伤的失效特征、失效模式与失效过程。结果表明,不同等级损伤的失效模式不同,目视不可检损伤主要为分层失效,目视可检损伤主要为分层与基体开裂,穿透损伤主要为纤维断裂。损伤达到穿透前后的失效过程也存在差异。

平面编织复合材料薄板的高速小质量冲击性能

为了研究平面编织复合材料薄板在高速小质量弹丸冲击作用下的响应及动态力学性能,本文基于ABAQUS软件平台建立了相应的有限元分析模型,该模型选用修正后的Hashin准则和最大应变准则进行单层板面内的损伤判断,利用Cohesive界面单元模拟层间分层损伤,并根据不同失效模式折减相应的材料参数。通过与试验对比发现:有限元模拟结果与试验结果吻合较好,说明该模型能较好地预测平面编织复合材料薄板的冲击响应及性能;高速小质量弹丸冲击是由弯曲波和剪切波控制的动态响应问题,接触力与挠度的变化是不同步的,且应力波在传播过程中不断衰减;复合材料薄板在冲击过程中有明显的失稳现象,因此变形区域的动能和应变能在吸能中占据了较大的比例;复合材料薄板冲击后的凹坑会在两小时内发生一定程度的回弹,之后则保持稳定。

含多分层损伤平面编织层合板的振动特性

基于层合板Mindlin一阶剪切变形理论,研究了多处分层损伤对复合材料层合板固有特性的影响规律。根据一般分层模型,并采用线性接触模型模拟分层区域上、下子板的相互作用,建立含多个椭圆内埋型分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。通过典型算例分析,讨论了椭圆分层区域长轴与试件纵向夹角对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明,对于内埋型分层损伤,表面分层与中间分层对固有频率的影响区别很小;分层区域的长轴与试件纵向夹角越大,损伤对固有频率的影响越大。

湿热环境下含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板振动特性

通过理论推导与有限元仿真,研究了湿热环境下一端固支与四端固支约束含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板的不同分层夹角及分层位置的振动特性。首先基于Mindlin一阶剪切变形理论与Hamilton原理,考虑湿热应力和质量效应,依据湿度与温度的等效性,推导了受湿热环境影响的含分层层合板的湿热本构方程与固有频率表达式。利用有限元软件ABAQUS自带的用户材料子程序(UMAT)接口,编制相应的接口程序,建立了一系列温湿度组合下的分层损伤模型。并将数值结果与文献中试验值进行了验证。算例结果表明:湿热效应下,分层加剧了湿热环境下平面编织层合板各阶固有频率的下降;不同的分层夹角会引起固有频率值的改变,夹角越大固有频率下降幅值越大;湿度对分层层合板振动特性的影响比温度对分层层合板振动特性的影响显著;湿热效应会引起高阶频率向低阶的漂移,加剧局部共振现象;表面分层与中面分层都会引起各阶固有频率值下降,但下降幅值两者之间差别不大。

平面编织复合材料胶螺混合连接接头拉伸性能分析

对平面编织复合材料胶螺(单排螺钉)混合连接结构拉伸性能进行了试验研究,分析了螺钉直径为4 mm和6 mm两种情况下连接结构的破坏形式.基于ANSYS平台建立了胶螺混合连接三维损伤扩展模型,其中融入了非线性接触问题,数值计算的结果与试验结果吻合良好.研究发现,机械连接可以通过分担部分载荷而起着加强胶接连接的作用;如果机械连接工艺稳定的话,应该有螺钉直径越大,其加强效果越明显的规律;对于胶接与多钉混合连接复合材料结构的拉伸性能分析和计算确实存在很大困难,应该谨慎使用.研究结果与分析方法可以为今后的复合材料胶螺混合连接接头的设计提供一定的依据与技术支撑.

含穿孔-多分层混合损伤平面编织层合板自振特性

研究了含穿孔-多分层损伤平面编织层合板的自振特性问题。首先建立含椭圆穿孔-椭圆多分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。然后通过典型算例,分别讨论了穿孔尺寸、分层尺寸以及穿孔-多分层损伤位置对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明:当穿孔和分层的尺寸较小时,其对层合板固有频率的影响很小;横向穿孔-多分层损伤对层合板固有频率的影响较纵向穿孔-多分层损伤更显著;平面编织层合板固有频率对损伤位置最为敏感,分层尺寸次之,穿孔尺寸的影响最弱。

基于偏移补偿模型的大曲率复杂芯模编织牵引轨迹优化控制方法

针对大曲率复杂芯模编织过程中机器人示教困难、织物编织角不稳定等问题,提出一种基于偏移补偿模型的编织牵引轨迹优化控制方法。首先基于不稳定编织阶段收敛距离的变换,建立预成型编织点预测模型;其次对芯模进行离散化处理,调整每一段离散芯模的轴线垂直通过动态编织点平面,修正每段芯模编织进给长度,利用芯模变截面过程的不稳定编织阶段进行芯模姿态调整,同时调整不稳定阶段牵引速度以更快达到稳定编织状态。试验结果表明,该轨迹优化方法能有效避免大曲率复杂芯模预成型体的纱线堆积和编织角波动范围大的问题,能够提高预成型体编织质量。

华润新鸿基杭州钱江新城万象城结构设计

华润新鸿基杭州钱江新城万象城楼盖中整体采用预应力混凝土结构,双向预应力承担楼盖竖向受力和楼盖温差收缩应力的作用;主体结构功能复杂,存在大量柱转换、大悬挑、大空间,内椭圆中庭为斜柱上盖桁架柱支撑玻璃天窗,斜柱采用钢管叠合柱,斜柱中庭顶主受力体系采用六根钢箱梁平面编织,切割出直径25m中无梁穿过的屋顶天窗留洞,通过对其结构分析和设计,提出了钢管叠合柱与钢箱梁的连接节点,可供类似工程设计参考。