考虑连续性和对称性约束的复合材料风力机叶片纤维铺角优化

在复合材料结构的设计过程中,应考虑为满足结构性能和生产工艺要求所必需的制造性约束,使之贴合工程实际。论文基于复合材料层合板理论和离散材料优化方法,将铺层参数优化转换为离散多相材料的纤维铺角分布优化问题,构建了以结构柔顺度最小为目标函数,备选材料人工密度为设计变量,连续性约束和设计变量和等于1为约束函数的复合材料层合板分区细观纤维铺角优化数学模型。以考虑连续性与对称性约束的层合板和某风力机叶片进行应用,结果表明,考虑连续性和对称性约束的优化铺层方案可提高结构的性能,有效避免结构的翘曲变形,减小基体开裂的概率,更符合生产制造要求。

三维角联锁机织铺层复合材料的开孔拉伸性能

为了研究孔径对三维角联锁机织铺层复合材料拉伸性能的影响,制备了三种不同孔径的三维角联锁机织铺层复合材料并测试了其拉伸性能,并利用非接触全场应变测试系统和显微图像分析技术对复合材料进行了表征。结果表明,在拉伸过程中应变集中区域从孔的周边过渡到左右两侧,应变累计变化速率随着孔径的增大而增大。相比于开孔前样品,6、10、14 mm三种孔径样品的拉伸强度分别下降了23.13%、44.47%、50.08%,开孔试件的模量分别下降了16.92%、14.93%、22.25%。拉伸破坏包含纱线断裂、纤维拔出、界面脱粘等形式,其中较大孔径(14 mm)条件下,断口处分层破坏现象不显著。

层合板振动特征值对铺层角的灵敏度

研究了层合板特征值对铺层角的灵敏度,从经典层合板理论出发,结合有限元方法,通过虚功原理,推导了层合板的刚度矩阵和质量矩阵,并且导出了质量、刚度矩阵和铺层角、铺层厚度之间的显式关系;利用摄动方法,推导了层合板各阶特征值对各个铺层角灵敏度的显式表达式。通过数值算例,对比了本文方法与有限差分法得到的结果,表明差分法只有当增量步很小时才能够达到本文方法的精度。

不同铺层角含孔复合材料板的损伤研究

针对0o、45o、90o铺层角复合材料层合板的含孔结构损伤问题,提出了一种基于层合板各铺层孔边应力解析解的首次损伤载荷系数分析计算模型。根据非均匀各向异性层合板的弹性特性,采用复变函数曲线映射方法获取了层合板孔边界积分方程,计算获得了0o、45o、90o角度铺层层合板各铺层的孔边纤维主方向和垂直于纤维主方向的应力分量;采用Tsai-Hill强度理论,对层合板各铺层进行孔边首次损伤载荷系数计算。分析结果表明:试件左右两端面在受到均布拉伸载荷p的作用下,各铺层中具有90o铺层角的铺层首次损伤载荷系数最小,具有0o铺层角的铺层首次损伤载荷系数最大,说明具有90o铺层角的铺层最先出现损伤,对应铺层首次损伤出现在孔边90o方向区域。将计算值与现有文献结果进行比较,误差小于10%,二者具有较好的一致性。

考虑铺层角的复合材料圆柱壳自由振动三维弹性准确解

为了获得任意角度铺层的多层复合材料圆柱壳的自由振动准确解,在三维弹性理论的基础上,结合分层理论和状态空间法,建立横向位移和应力的传递矩阵,轴向和环向位移采用双螺旋模式的位移函数,对任意角度铺层复合材料圆柱壳简支边界条件下的自由振动进行了理论推导,得到了自由振动方程的精确形式。与文献理论解和有限元计算结果对比,结果表明,关注频率在2倍的环频率以下时,薄壳的固有频率计算精度能控制在1%以内,厚壳的固有频率计算精度能控制在2%以内。对于厚壳的计算可将壳体沿厚度方向划分为多层来处理,这样能有效提高计算精度。计算分析了铺层角对壳体固有频率的影响,环向模态数较低时,固有频率随着铺层角的增加呈抛物线变化趋势;环向模态数较高时,固有频率随着铺层角的增大单调递增。该理论方法同样适用于均质各向同性壳和正交各向异性圆柱壳。

纤维增强复合材料对称角铺设矩形板结构弯曲解析研究

本文应用文献［1］给出的各向异性板结构横向弯曲一般解析解对承受均布载荷的纤维增强对称角铺设复合材料矩形板进行弯曲分析，并针对四边简支、四边固支进行计算。分别选取强各向异性材料、弱各向异性材料进行分析。讨论了边界条件、各向异性、铺设角、铺设层数和跨宽比对板挠度的影响。

干法铺网中纤维取向角与工艺参数的关系

针对非织造工艺干法成网技术中交叉铺网及牵伸的工艺参数进行研究,分析这些工艺参数同纤网中 纤维取向角的关系。

铺层角度对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度的影响

为了准确计算复合材料等效刚度,指导复合材料设计过程中铺层角度的选择。该文基于经典层合板理论,建立了考虑拉剪耦合效应的三维层合板等效刚度计算方法。基于该方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度随铺层角的变化趋势进行了分析,结果显示:随着铺层角θ1的增加,铺层方式为(θ_(1))_(25)/(θ_(2))_(25)的层合板的面内轴向刚度E_(x)、横向刚度E_(y)的变化曲线包含变化率显著不同的两个阶段;法向刚度E_(z)呈正弦变化趋势且当正交铺层时有最大值;面内剪切刚度G_(xy)在θ_(1)=45°且θ_(2)=135°时有最大值;面外剪切刚度G_(xz)和G_(yz)变化曲线关于θ_(2)=90°对称。通过比较层合板与单向板等效刚度发现,选择合适的铺层角度组合能够有效提高结构的法向刚度和面内剪切刚度。

不同铺层角含孔复合材料板拉伸性能数值模拟

复合材料的失效行为与复合材料内部应力状态有关。含孔复合材料板由于孔边应力集中,失效经常发生于孔边,因此有必要研究含孔复合材料的拉伸性能。基于ABAQUS商用有限元分析软件建立了含孔碳纤维复合材料层合板有限元模型,数值模拟了含孔复合材料层合板的拉伸力学性能,分析了不同铺层角对孔边应力和应变分布的影响。研究结果表明,正交0°/90°铺层能有效缓解孔边应力集中,提高含孔复合材料的力学性能。

含铺层拼接层合板面内剪切强度

对含V字型缺口的铺层拼接碳纤维增强树脂基复合材料层合板试件进行了剪切强度试验研究。从三种含不同铺层拼接角层合板上切取剪切试件,层合板共有17层,其中奇数层为0°连续层而偶数层为90°层和偏角为θ的单层板拼接层。通过实验测定其载荷-位移曲线。试验结果表明,三组试件的平均剪切强度基本相同。有限元软件ABAQUS6.5分析结果表明,拼接层角度改变将引起90°层出现剪应力集中,且θ越大,剪应力集中越明显,但沿缺口剪应力的平均值几乎不变。实验测试和有限元分析能够很好地印证。

含铺层拼接层合板的剪切强度

对含铺层拼接的碳纤维增强树脂基复合材料层合板进行了剪切强度实验研究。从三种不同铺层拼接角层合板上切取含缺口的剪切试件,通过实验测定了其载荷-位移曲线,得到了剪切强度值。实验结果表明,三组试件的剪切强度基本相同,即拼接层角度改变几乎不会引起层合板的剪切强度发生明显变化。采用有限元软件ABAQUS6.5对实验过程进行模拟,得到拼接层角度改变将引起拼接层中0°层出现切应力集中,但沿缺口切应力的平均值几乎不变。这也说明拼接层角度的变化几乎不影响层合板的剪切强度。

CMI滑模摊铺机的初始调整与主要工作参数确定

作者曾多次参加美国产CMI滑模式水泥混凝土路面摊铺机的安装和调整 ,在此对该产品的初始调整方法和主要工作参数的确定进行了比较系统地总结 ,可供广大使用CMI滑模式摊铺机的施工单位参考。由于各种滑模式摊铺机的工作原理是相同的 ,所以该文对使用其它品牌摊铺机的用户也有一定参考价值。

水泥混凝土路面滑模摊铺施工方法浅议

滑模施工是现浇混凝土工程的一项施工方法,这种施工方法也适用于水泥混凝土路面的公路工程施工。本文通过对滑模摊铺的施工方法的描述,分析讨论了施工工艺的关键程序,对基准线的设置、施工布料、施工参数设定及校准以及摊铺的技术要领进行了较详细的介绍和说明,介绍了滑模施工在公路上应用的优点和适用条件。

HTH60T水泥滑模摊铺机成型滑模装置的应用与研究

本文详细介绍了HTH60T水泥滑模摊铺机成型滑模装置的结构、性能特点;着重分析了左右后尾模护壁装置工作原理,并利用MSC.Patran软件定量给出,实现超铺角时,施加的工作载荷的大小,为现场施工提供了可靠的理论依据。

雷达罩复合材料铺层计算的数学方法

雷达罩复合材料的铺层设计直接关系到雷达罩复合材料的强度,现行的商用软件需要依赖结构铺层设计才能实现仿真分析,要针对结构铺层分别划网格、建模型,铺层设计的灵活性、通用性差。采用几何学原理和数据编程处理方法,将雷达罩纤维织物复合材料的平面经纬向依据不同的起始铺层角度并结合三维空间几何转换确定其在三维雷达罩模型上的实际方向,进行雷达罩复合材料铺层设计,将复合材料铺层方向投影到空间雷达罩复合材料的有限元模型中,确定复合材料的铺层角,将铺层设计显性化、通用化,并且增加复合材料铺层计算的灵活性,突破各种软件的约束。

基于机器学习的变刚度纤维增强复合材料最小化结构柔顺性优化设计

纤维增强复合材料层合板的变刚度优化设计,通过逐点优化纤维铺角的可设计性,从而匹配结构中应力状态的空间变化,更高效地发挥纤维增强复合材料层合板在强度与刚度性能上的方向性,为设计师提供了更广阔的设计空间与设计灵活度.然而,基于梯度类算法的传统复合材料变刚度优化设计,因其设计变量众多,不可避免地在结构分析与灵敏度分析中面临大规模计算的挑战.同时,结构在概念设计阶段存在载荷工况随机性问题,如何在初始概念设计阶段,针对随机载荷工况制定高效的设计方案具有重要工程价值.近年来,随着人工智能与高性能计算的快速发展,基于传统优化获得的数据集构建端到端的机器学习模型,为实现实时的复合材料变刚度优化提供了可能.文章采用反向传播(back propagation,BP)神经网络算法,建立了基于机器学习的纤维增强复合材料变刚度优化设计方法.首先,基于正态分布纤维优化(normal distribution fiber optimization,NDFO)插值格式,构建以最小化结构柔顺度为目标的复合材料变刚度优化设计模型,考虑载荷大小与方向的随机性,获得神经网络模型训练所需的样本集数据.其次,以最小均方误差(means square error,MSE)为目标函数,采用BP神经网络模型对样本数据集进行训练.最后,建立基于皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)、均方误差的模型评价体系,对生成的神经网络模型进行评价.数值算例讨论了含圆孔MBB梁与悬臂C型梁变刚度优化设计,详细阐述了基于机器学习的复合材料变刚度优化方法的实施过程,系统地对比了所提出的基于机器学习的复合材料变刚度优化与传统基于NDFO插值格式复合材料变刚度优化设计结果在纤维铺角轨迹和目标函数的差异,验证了本方法的有效性.

不同铺层方式的复合材料层合板弯曲性能的研究

以碳纤维缠绕电动节能车车架为研究对象,采用有限元分析和力学试验对比的方式研究碳纤维铺层角及铺层层数对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。以层合板铺层角度、铺层层数为变量设置试验对比组,在ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块中创建层合板的有限元模型研究层合板在承受弯曲载荷时的抗弯表现。结合弯曲试验结果,分析不同铺层方式对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。结果表明:在铺设一定数量的±45°铺层的基础上,增加0°/90°正交铺层可提高层合板的静承载强度;增加铺层层数,可提高层合板的弯曲强度。

混杂纤维复合材料阻尼性能的研究

为了使材料具有优异的力学性能 ,同时能对其阻尼性能进行设计 ,本文讨论了混杂纤维复合材料配方、铺层设计、外界温度、频率等对材料阻尼性能的影响。采用声频内耗仪和扭摆强迫共振测试材料的阻尼值 。

考虑隐式约束的复合材料层合板分区优化方法

针对传统复合材料层合板优化设计较少考虑隐式约束或通过构建代理模型和惩罚函数等近似方法进行约束处理存在的问题,提出了一种考虑隐式约束的复合材料层合板分区优化方法。通过构建MATLAB-Python-ABAQUS联合仿真优化框架,实现对隐式约束的直接处理。以离散的纤维铺角为设计变量,结构柔顺度最小为目标函数,对称性制造和强度为约束,建立了分区优化数学模型,将联合仿真优化与遗传算法相结合,进行优化求解。数值算例表明:该方法可有效解决隐式约束的求解,获得优化的铺层方案,提高结构性能。