基于Digimat软件的聚氨酯泡沫合成轨枕材料设计研究

以聚氨酯泡沫合成轨枕为研究对象,通过实验数据搭建聚氨酯泡沫基体材料数学模型,并基于Mori-Tanka方法,借助多尺度非线性复合材料软件Digimat构建了基体、增强相与最终零件性能之间的材料本构模型,通过逆向回归迭代法对材料本构模型进行修正,修正后的预算结果与实测值相近,最大偏差为3.76%。基于修正后的材料本构模型,分别研究了产品整体密度、玻纤含量等对产品纵横向强度的影响。结果表明:产品整体密度每提高0.1 g/cm^(3),纵向拉伸强度及拉伸模量约提高15%,而横向拉伸强度及拉伸模量约提高27%;提高玻纤含量能够显著提升产品的纵向拉伸强度及拉伸模量,但横向拉伸强度及拉伸模量反而会有所降低。

基于DIGIMAT的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的力学性能

为准确预测不同编织工艺参数下编织复合材料的等效弹性性能,拓宽碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的应用领域。建立了考虑随纤维路经产生扭结缺陷的二维三轴编织复合材料的代表性体积单元(RVE),并基于平均场均匀化方法,利用DIGIMAT预测复合材料的等效弹性模量,分析不同编织角对编织复合材料等效工程常数的影响规律;其次基于强度失效准则,预测编织复合材料在单轴拉伸加载情况下的力学性能;最后通过数值模拟获得编织复合材料RVE的应力与应变。结果表明:预测的编织参数对等效工程常数的影响规律与试验测量一致,获得的应力、应变可为进一步研究其损伤破坏行为提供参考。

基于DIGIMAT的混凝土等效弹性模量研究

通过解析法和有限元分析法在细观结构上研究了混凝土的弹性模量,并与试验比对进行多尺度分析并验证其可行性。在细观结构上混凝土可作为由水泥砂浆、骨料、界面和孔隙组成的多相复合材料,采用DIGIMAT软件建立混凝土细观力学模型。本文基于DIGIMAT预测了骨料体积比分别取0.2,0.4,0.6和0.8时的混凝土等效弹性模量值,并分析了各个细观组成部分对混凝土等效弹性模量的影响。研究结果表明:解析解和有限元数值解与试验测定值相比产生的误差均较小,但解析解与试验测定值更为接近;随着水泥砂浆弹性模量的增加,混凝土弹性模量随之增加;随着骨料纵横比的增大,混凝土弹性模量呈下降趋势;孔隙率增加,混凝土弹性模量减小,界面层厚度增加,混凝土弹性模量也随之减小。研究成果可用于预测混凝土的等效弹性模量。

基于Digimat RVE的碳纤维增强聚丙烯复合材料性能分析

采用Digimat软件包对造纸/热压模塑法制备的碳纤维增强聚丙烯(CF/PP)复合材料建立等效体积单元(RVE),研究了碳纤维含量、碳纤维长径比和基体中碳纤维取向对CF/PP复合材料力学性能、导热性能和导电性能的影响。模拟实验结果表明,碳纤维含量从5 wt%增至30 wt%,CF/PP复合材料弹性模量和电导率分别提高290%和750%;碳纤维长径比从100提高至700,CF/PP复合材料电导率提高了约54倍;碳纤维取向张量的变化对CF/PP复合材料RVE的弹性模量和导热系数的影响可以忽略不计。Digimat软件对CF/PP复合材料导热系数的模拟值较精确,在100℃下测量的导热系数实验结果与软件模拟结果误差为0.48%。

多尺度非线性复合材料建模平台——DIGIMAT

在过去几十年里,复合材料以其高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳以及高度的可设计性等优越性能越来越多地被应用在航天、航空、汽车、兵器和电子等行业。随着材料应用的普及,基于复合材料的结构设计和材料研究也越来越多地被关注。对比金属材料,复合材料无论是在材料的研发、工艺的研发还是在结构的设计方面都更为复杂,因此对材料开发人员和结构设计人员都提出了更高的挑战。

基于DIGIMAT的混凝土力学行为研究

采用仿真模拟的方法,研究混凝土结构在不同骨料种类情况下的力学行为。首先,确定模型中各种材料基本参数;其次,在DIGIMAT-FE中建立混凝土RVE模型,并进行网格划分;然后,通过DIGIMAT-MF计算弹性模量等数据;最后,对比研究不同混凝土骨料种类、含孔洞混凝土及含钢纤维混凝土的力学性能,对实际工程提出改善建议。经过与实验对比可知,其计算结果在误差范围内,具有良好的工程应用前景。

利用虚拟许用值计算计算加快航空CFRP材料开发和认证

在轻量化解决方案的研究中,CFRP的使用在过去几十年中急剧增加,目前约占新型商用飞机所用材料的50%。然而,设计师们仍然面临着加速引入新材料体系以用于实际应用的挑战。主要挑战之一是缩短材料认证时间,然而材料认证时间仅依赖于实验程序。从全球范围来看,以数字形式进行材料定义和认证来满足平台要求的方法成为一种趋势。这种方法可以过用高级仿真取代手工测试来降低新材料的成本和开发时间。本文提出并加以描述一个全面的仿真方法。此方法能够定义一个完整的测试矩阵,以便生成给定材料系统的B基准许用值。该方法的实施必须考虑几个方面。第一个方面涉及材料建模以及强度和失效行为。这种建模方式结合了通过平均场均质化推导出的细观力学模型与从材料本构和微观结构描述和渐进失效中得出非线性复合属性。第二个方面考虑需要定义的测试矩阵,此方面可以涵盖铺层定义、待仿真测试类型和环境条件。有限元模型将按照相应条件生成。最后一个方面考虑了在不确定性定量方法下由参数分散度导致的材料敏感性。平均场均质化提供了一种方法,用于从材料属性(硬度和强度组成特性)、制造过程(纤维分数、空隙)和测试条件的变化(纤维方向不对中)来研究复合材料分散度的来源。具体的复合材料试片示例将说明此流程,可以在UD或woven增强聚合物的完整虚拟测试后生成B基准许用值。该过程完全集成于DIGIMAT软件包中。

多尺度纤维增强复合材料

由于纤维增强复合材料具有轻质高强的特点,因此逐渐应用于工程实践中。但纤维方向对材料的整体力学性能有很大影响,急需深入研究。文章采用数值仿真计算和文献综述的方法,对不同方向的纤维复合材料进行了模拟。在Digimat中构建不同纤维方向或在Moldflow上设置特定纤维方向,并在ANSYS中建立结构模型。之后,将Digimat与ANSYS连接,纤维方向被赋予宏观结构上,通过ANSYS中进行计算,分析仿真结果。文章以悬臂梁受均布荷载为例,对整体结构进行分析,以Von-Mises应力分布状态进行讨论。计算结果显示玻璃纤维材料能够提高整体结构性能,并在一定方向时,悬臂梁呈现出较好的力学性能。

几种常用应变测试方法的比较

通过对圆钢进行拉伸试验,采用电阻式应变片、振弦传感器、数显千分表和引伸计四种常用应变测量仪器对试件应变同时进行采集,通过对测试结果与理论值的比较,总结分析了它们的工作特点以及适用范围,以期为测量方法的合理选择奠定基础。

集成式零件尺寸数据采集与分析装置研究

文章介绍了一个集成式尺寸数据采集与分析装置的设计原理和实现方法。该装置采用容栅式数显量具作为尺寸数据采集的前端,C51单片机作为数据采集和处理的中间环节,PC机作为数据分析处理的末端,能完成成批零件常规尺寸的采集、存储和误差统计分析。

冲击射流高度及速度水平对混凝土传热特性的影响

针对井式火箭发射过程中恶劣高温燃气工况下混凝土材料传热问题,采用DIGIMAT-FE生成混凝土三维随机椭球体骨料模型,在连续介质力学框架下进行网格剖分和单元类型判定,通过FEA方法迭代求解混凝土壁面对流换热与内部热传导过程,揭示燃气冲击射流下混凝土传热规律,提出了通用性较强的多孔随机骨料结构传热特性研究方法,分析梳理出不同燃气冲击射流高度及速度水平对混凝土的传热特性影响。结果表明:当冲击射流高度或速度改变时,混凝土壁面处对流换热系数随即变化,相对集中的混凝土迎火表面高温区域面积随之增减,迎火中心点温度及模型内部传热深度数值也将产生上下波动。

电子柱气电测微仪在测量薄壁管材中的应用

主要研究了分辨率均为1μm的电子柱气电测微仪和数显千分尺测量工具对Φ8.45 mm×0.2 mm(公差±0.02 mm)薄壁管材外径测量结果的影响。通过环规验证薄壁管材外径尺寸测量的准确性,实验结果表明,数显千分尺测量薄壁管材外径尺寸的测量值偏小,因此采用电柱气电测微仪作为薄壁管材外径尺寸的测量工具更为合理。

基于C#的某型“三丰”数显量具读数系统开发

利用某型"三丰"数显量具的测量数据输出功能和配套转换器,基于C#语言和Microsoft Visual Studio 2005开发环境,开发了一套上位机读数软件,实现了测量数据的自动获取。