单周期梯形波纹板等效模型与力学性能分析

单周期梯形波纹板因具有特殊的几何构造而表现出优异的结构性能,在土木工程和轨道交通领域有着广泛的应用。为降低计算的复杂性,节省计算时间和成本,对单周期梯形波纹板等效模型进行了研究。利用单个梯形波纹尺寸远小于整个波纹结构几何尺寸的特点,基于变分渐近法建立了等效模型,结合拉伸试验与三维模型验证了等效模型的有效性,并分析了其力学性能。结果表明:单周期梯形波纹板固有频率随夹角θ的增加而增大;相反,第1阶屈曲荷载特征值随夹角θ的增加而减小。

梯形波纹板式换热器换热性能试验研究

以水-水为换热介质,采用某型号梯形波纹板式换热器进行换热性能试验研究,通过流体流动状态、温度变化、压降和总换热系数对两种操作方式进行评价。结果表明,同时增加冷热流体流速的方式能够提升湍流度,并且可以将换热效率提高16. 35%,但是该操作方式升温效果较差,而且当冷热流体流速比值大于1时压降大、能耗也大。同时,通过等流速法计算获得换热准则方程和阻力准则方程,并计算获得梯形波纹板冷热流体的对流换热系数,结果表明,当2 000 <Re <12 000时,冷侧的对流换热系数高于热侧的对流换热系数;此外,与其他类型的换热器相比,梯形波纹板式换热器的摩擦阻力相对较小。

基于变分渐近法的双周期梯形波纹板等效模型

双周期梯形波纹板是沿两个平面方向均呈周期性梯形波纹变化的新型轻质结构,现阶段对其力学性能与结构参数之间关系的研究较少,限制了该结构的推广应用。针对该问题,以凸起为中心的典型代表单元单胞为研究对象,利用变分渐近法建立单胞等效刚度的数值计算模型。再通过均匀化技术将双周期梯形波纹板转换为具有相同刚度特性的正交异性板进行分析。基于该方法分别计算出不同结构参数下的等效刚度、宏观变形和屈曲模态,通过与三维有限元模拟结果对比验证等效模型的精确性。计算结果表明:由于形貌变化,双周期梯形波纹板的等效刚度较平板的拉伸刚度降低,弯曲刚度增加;随着凸起间距的增大和板高度的减小,波纹板的拉伸刚度逐渐增大,弯曲刚度逐渐降低;而随着板厚度和腰部长度的增加,弯曲刚度呈上升的趋势。构建模型适用于波纹周期远小于结构尺寸的情况,由于等效板模型的近似能量与原三维波纹板能量尽可能接近(通过对能量泛函变分主导项的渐近扩展分析加以保证),可用于计算不同材料波纹板等效弯矩和等效最大拉压应力等,能有效减少计算量和节省计算资源。

空爆载荷下碳纤维梯形波纹夹芯结构响应分析

[目的]研究迎爆面和背爆面面板厚度、壁板折角以及芯层高度对碳纤维增强复合材料梯形波纹夹层结构抗爆性能的影响规律。[方法]首先,基于三维Hashin失效准则,利用软件ABAQUS中的VUMAT用户子程序接口,开发纤维增强复合材料损伤演化的子程序模块;然后,通过与公开文献中的实验进行对比,验证爆炸冲击载荷下基于所开发子程序的碳纤维增强复合材料动态响应仿真方法的有效性;最后,基于该数值方法开展碳纤维增强复合材料梯形波纹板的抗爆性能参数化研究。[结果]结果显示,相比增大迎爆面面板的厚度,增大背爆面面板厚度对夹层板抗爆性能的提升更为明显;芯层壁板折角从45°减小至30°时,其抗爆能力提高了1.3%,而当从60°减小至45°时,其抗爆能力提高了6.3%;芯层高度从8 mm增大至20 mm时,其抗爆能力提高了27.7%。[结论]所做研究可为碳纤维增强复合材料夹层结构的抗爆设计提供参考。