考虑纤维实际取向和铺层拼接问题的有限元模型建立方法

针对受铺覆准则制约的复杂曲面复合材料结构铺层纤维取向变化和铺层切断及拼接问题,在ABAQUS层合模型分析的基础上,建立考虑铺层纤维实际取向和铺层拼接的有限元分析模型和算法,并采用VB编程语言开发实现。

不同铺设角度下层合板结构参数对声功率影响

本文研究了不同纤维铺设角度的层合板结构参数对声功率的影响,从而为层合板的低噪声设计提供理论依据。通过分层有限元理论获得层合板结构动力学响应,基于声辐射模态概念分析不同铺设角度下层合板不同铺设方式、宽厚比和弹性模量比对其声功率影响。结果表明,层合板的铺设角度和宽厚比对复合材料层合板结构的声辐射功率影响较大。首先相同铺设角度的层合板,改变弹性模量比,声功率变化不明显;其次改变不同的铺设角度,宽厚比较小的层合板声功率下降的空间更大,更易于声功率的降低。层合板作为结构件时,从降低声功率角度而言总体上对称铺设结构比单向铺设层合板结构有优势,并且相同铺设角度下,反对称铺设层合板可获得更小的辐射声功率。

从CT数据到带纤维走向的全心脏有限元模型的建立

心脏计算机模型是研究生理/病理心脏功能及心律失常治疗方法的有力工具,心脏有限元解剖模型是构建各种心脏模型的基础。从病人的临床影像数据建立个性化的心脏有限元模型,可为临床诊断治疗提供极大便利。研究一种由人体胸腔CT影像数据建立全心脏有限元模型的方法,具体步骤包括:基于胸腔CT影像,通过MIMICS建立心脏解剖面片模型;根据HyperMesh修复面片模型,得到心脏实体有限元模型。由于心肌纤维走向与心脏的电/机械活动密切相关,在从影像数据重建心脏解剖结构之后,又特别研究心肌纤维走向确定方法。首先,利用规则库方法(rule-based approach)确定心室肌纤维走向;之后,在使用规则库方法的基础上,利用结构张量分析(structure tensor analysis)进行平滑滤波,得到心房肌纤维走向。为验证心肌纤维走向的正确性,分析使用该方法计算得到的巴克曼束、左心房后部、左上心房后部、房间沟等几个典型部位处心肌纤维方向与X轴的夹角,分别为4.97°±4.84°(均值±标准差)、111.99°±3.72°、178.89°±3.73°、86.48°±4.01°,符合文献报道的心肌纤维走向的观测结果。所提出的方法可从心脏影像数据构建包含心肌纤维走向的心脏有限元模型,为各类心脏建模仿真研究打下基础。

二维编织碳纤维增强树脂复合材料一步法铺层展开

二维编织碳纤维增强树脂复合材料的铺层展开质量对铺覆过程和产品质量有直接且显著的影响。本文针对二维编织碳纤维增强树脂复合材料铺层展开问题进行了研究,建立复合材料材料、随体和全局坐标系,并基于连续介质理论根据坐标系间的转换关系构建了非正交各向异性本构模型;完成了二维编织碳纤维增强树脂复合材料力学性能试验,包括测量复合材料拉伸性能的单向拉伸试验和测量剪切性能的镜框剪切试验;开发了二维编织碳纤维增强树脂复合材料一步法铺层展开算法并基于FORTRAN语言编写了自主可控的一步法铺层展开求解器。计算了口盖零件展开构型,展开构型轮廓线与实验结果分布趋势相同且最大误差仅为5.0 mm,相对误差仅为1.9%;剪切角计算结果与实验分布趋势一致且最大误差仅为4°,验证了一步法铺层展开算法和求解器的有效性。