基于Tsai-Wu失效准则的TSCB人行桥强度分析

随着FRP(Fiber Reinforced Polymer)技术的快速发展,给公共和工业用人行桥提供了新型有效的解决方案.FRP建造桥梁结构具有施工速度快、重量轻、耐腐蚀性好、易于维护等优点.本文以瑞士FRP结构TSCB(Twin Shape Composed Beam)人行桥为工程背景,利用有限元分析软件ANSYS对TSCB人行桥桥梁强度及形变进行了有限元仿真分析.对TSCB人行桥在极限行人载荷下的跨中竖向最大挠度进行了仿真,并运用Tsai-Wu失效准则对TSCB人行桥的各层材料进行了强度分析,为TSCB人行桥的安全性提供了设计参考.

基于Tsai-Wu失效准则的复合材料气瓶爆破压力预测与试验验证

针对车载CNG复合材料气瓶,根据网格理论设计了碳纤维在气瓶的封头段与筒身段的缠绕角度与厚度,并利用ANSYS APDL语言实现了碳纤维在封头段的变角度与变厚度缠绕,建立了复合材料气瓶三维有限元分析模型,利用该有限元模型进行了各种内压工况下的强度分析,并基于Tsai-Wu失效准则,得出复合材料层的破坏因子,预测了该气瓶的爆破压力与爆破位置并通过爆破试验验证了有限元计算的正确性。结果表明,该复合材料气瓶爆破内压为67 MPa,爆破位置在筒身段与封头段的过渡处,并沿筒身段扩展。

Tsai-Wu准则用于三维编织复合材料矩形梁强度计算

以Tsai-Wu强度准则的二阶表现形式为基础,提出了一种计算三维编织复合材料矩形截面梁纵向拉伸强度的理论方法.该方法把三维编织复合材料看作横观各向同性材料,从而在确定Tsai-Wu强度准则的各阶强度张量系数时可以进行简化,使Tsai-Wu强度准则能较好地应用于三维编织复合材料的强度计算.通过理论计算与实验结果也验证了这结论.

基于非纤维方向应力疲劳模型的复合材料层合板振动寿命预测

复合材料结构在服役过程中会受到外部载荷激励影响而产生随机振动,由于铺层角度的多样性使其寿命预测方法尚不明确。为确保复合材料结构安全服役,需探明复合材料不同铺层角度的振动疲劳寿命预测方法。本文提出一种基于非纤维方向S-N曲线的预测方式,考虑了复合材料的各向异性和多轴应力状态,以Tsai-Wu准则为基础,结合频域法对[0/90]s铺层的复合材料层合板进行了振动疲劳寿命预测。结果表明,非纤维方向S-N曲线能够较为准确地预测复合材料层合板的寿命,且Zhao-Baker概率密度函数模型的准确性最高。

铺层对直升机整流罩失效的影响研究

直升机整流罩具有维形整流、包覆天线等作用。在结构设计时,针对实际使用工况,对结构失效模式进行预测,以指导结构设计,提高产品安全性。考虑层合壳的整流罩模型,各层之间纤维铺设角度不同,采用Tsai-Wu失效准则对各层的失效情况进行预测。研究结果表明,铺层角度垂直于载荷方向的纤维层最容易失效。

碳纤维复合材料车体结构强度仿真分析与结构优化

利用子模型和结构优化技术相结合的方法,对碳纤维复合材料司机室的地铁车体结构进行强度研究.基于复合材料力学特点,建立地铁车车体有限元模型;在EN12663-2010标准中静态载荷作用下,对其车体结构进行静强度有限元分析,运用Tsai-Wu失效准则对碳纤维复合材料司机室进行评价,找出其薄弱部位出现在司机室骨架上,并提出改进方案;最后,以铺层厚度和角度为设计变量,以Tsai-Wu失效因子小于0.9为约束,以CFRP质量最小为目标,对司机室骨架进行结构优化,优化后Tsai-Wu失效因子为0.897,骨架减重33%.

一种GFRP材料工字型梁截面合理性研究

新型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)工字型梁具有重量轻、耐腐蚀以及架设方便等特点,在工程应用中前景十分广阔。为了得到复合材料构件横截面的更合理形式,选用拉挤成型GFRP工字型梁作为分析试验对象。使用Kollar公式、Tsai-wu准则和特征值屈曲方法分析了梁的极限承载能力,针对破坏特点对梁进行了局部的补强,并进行了试验研究。试验结果表明:工字型截面的补强方法能有效提高梁的承载能力,但这种局部补强后的破坏形式表明材料的抗拉强度仍未充分发挥,且对梁刚度改善并不明显。

复合材料定向管动态特征与轻量化分析

从复合材料定向管的动态特征研究出发,以铺层厚度h和铺层角θ为优化设计变量,基于TsaiWu失效准则,在满足强度要求的条件下,以质量最轻为优化目标,运用多岛遗传算法与序列二次规划法相结合的优化策略,基于i SIGHT优化平台建立了定向管的动力学优化求解框架,获得了具有优异综合性能的复合材料定向管的设计方案。结果表明,优化后的复合材料定向管质量减轻了24%。

玻璃钢天线弯曲破坏分析与改进

某玻璃钢天线的载荷条件发生了较大改变,文中对其进行了弯曲破坏分析及设计改进。利用ANSYS完成静载荷计算,使用Tsai-Wu强度准则进行强度校核,计算发现在60%的极限载荷下天线根部会出现破坏现象,静力试验验证了仿真的准确性。根据有限元分析结果对结构进行了改进,应力较大的底座使用钛合金材料制作,底座和蒙皮之间采用螺钉连接,改进后的天线顺利通过了试验考核。在设计阶段进行有限元分析可提前发现问题,节省研制时间,降低后续试验的风险。

变厚度FRP曲面夹芯板受力性能分析

研究了一种变厚度FRP曲面夹芯板的受力性能。利用有限元软件,在拉伸、剪切和弯曲作用下,分析变厚度FRP曲面夹芯板应力分布情况,分析结果得出,应力的最大值发生在支座部位并沿着板长减小。基于Tsai-Wu准则和第一、三主应力,在拉伸、剪切和弯曲组合荷载作用下,考察面层厚度、芯部厚度和铺层方向对破坏模式的影响,分析结果表明,分别增大面层厚度或芯部厚度,或采用0/90/0/90铺层角度,都可以提高夹芯板强度性能,为GFRP曲面夹芯板设计提供指导。

特高压线路碳纤维复合绝缘子卡具设计与分析

针对目前1 000 kV特高压输电线路闭式绝缘子卡具尺寸较大、重量较重、高空作业困难的特点,以1 000 kV输电线路更换550 kN瓷质绝缘子所用的闭式卡NGK550为研究对象,采用碳纤维复合材料设计新型碳纤维复合绝缘子卡具。利用有限元方法,基于Tsai-Wu失效准则,对碳纤维复合绝缘子卡具进行力学性能分析。结果表明碳纤维复合绝缘子卡具在静态试验荷载225 kN作用下未发生破坏,满足设计要求。通过力学试验进一步验证了有限元分析结果的正确性和结构设计的可行性。在满足强度要求的同时,碳纤维复合绝缘子卡具重量比闭式卡NGK550轻了59.62%,大大减轻了闭式绝缘子的重量。

三维针刺C/C控制棒导向管侧向抗压强度评价的数值研究

C/C复合材料在高温下具有良好的力学性能,是熔盐堆中控制棒导向管的候选材料之一。为保证熔盐堆的安全运行,研究三维针刺C/C导向管的力学性能显得十分重要。首先通过准静态侧向压缩试验,得到三维针刺C/C导向管的极限承载能力;然后基于Tsai-Wu强度张量理论,并考虑到复合材料渐进损伤时材料刚度折减,建立了导向管的三维渐进损伤模型。应用该损伤破坏模型,编写了用户材料子程序。程序计算得到的导向管载荷-位移之间的关系与试验结果基本吻合,表明三维渐进损伤模型能够有效地模拟导向管破坏过程。最后利用损伤破坏模型对不同尺寸的导向管进行模拟计算,得到了不同尺寸导向管的极限承载能力,结果发现极限载荷与导向管的直径和厚度密切相关。

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。

考虑接触摩擦与各向异性性能的碳纤维复合芯导线(ACCC)径向耐压性能的有限元分析

为了确定碳纤维复合芯导线(正交各向异性复合材料)在架线压接施工过程中合理的压接载荷范围,研究该复合材料的径向力学性能,确保架空导线在电网中的安全稳定运行。使用ANSYS软件以1∶1的比例建立了Ф7.5mm的碳纤维复合芯棒的各向异性材料模型与耐张线夹的三维有限元模型,利用Tsai-Wu失效准则判定复合芯棒失效行为,同时考虑了复合芯棒与外层铝绞线、耐张线夹之间的接触与摩擦行为,对复合芯棒的压接施工过程进行了非线性静力学有限元分析。结果表明:在碳纤维复合芯导线压接施工过程中,单模压力如果小于24MPa,则芯棒易从金具腔中拉脱;如果压力大于28MPa,则复合芯易被压碎;但是复合芯在金具靠近楔形夹一侧由于应力集中更容易压损,该侧压力应相对较小,在21MPa^23MPa为宜。

复合材料管接头与钢管间摩擦力及其对管接头强度的影响——数值分析

通过定义接触单元,建立了复合材料套管接头与钢管连接的有限元分析模型。分析了在钢管端部受到弯曲、压缩和扭转载荷条件下,复合材料管接头的应力状态,并采用Tsai-Wu强度准则对复合材料管接头进行了强度分析。重点研究了随着摩擦系数的变化复合材料管接头与钢管间摩擦力的变化规律及其对复合材料接头强度的影响。结果表明,随着摩擦系数的增大,复合材料管接头与钢管间最大正应力减小,最大摩擦力增大;在以弯曲载荷为主的组合载荷作用下,复合材料管接头的安全裕度增大。

弯曲载荷作用下复合材料T型接头的失效分析

运用蔡-吴逐步失效判据和黏聚接触模型建立弯曲加载下的T型接头的有限元模型。对复合材料T型接头在弯曲加载下的损伤机理和承载能力进行数值模拟。结合静态弯曲加载实验,揭示T型接头在弯曲破坏过程中的四种失效模式。T型接头的弯曲失效载荷的有限元模型计算结果与实测值吻合较好。

典型编织结构复合材料强度性能的预测

以Tsai-Wu强度准则为基础,将三维编织复合材料看作横观各向同性材料,从而对Tsai-Wu强度准则的各阶强度张量系数进行简化,提出了一种计算三维编织复合材料拉伸强度的理论方法。计算了不同编织角和纤维体积分数下,三维四向和正交三向编织复合材料的拉伸强度,并探讨了编织角和纤维体积分数对编织复合材料强度性能的影响,计算结果与实验结果符合较好。

通用飞机复合材料翼尖结构强度分析

目的针对一种通用飞机机翼翼尖结构进行有限元建模,对结构存在大开口的下蒙皮维修口盖处的强度进行分析,并对结构参数进行优化.方法基于机翼翼尖结构模型通过PATRAN进行有限元模型建立、网格划分以及加载边界条件,并使用NASTRAN对模型进行分析计算,得出的数据再配以公式主要针对下蒙皮结构的Tsai-Wu失效准则进行分析,得出结果并对结构参数进行优化.结果结果表明:计算结果下蒙皮口盖存在局部应力值过高,其Tsai-Wu的最大失效指数为1.87;利用经典层合板理论进行优化后翼尖下蒙皮临界失效指数为0.821,应力水平明显降低满足设计要求.结论通过翼尖结构数模使用PATRAN建立机翼翼尖的有限元模型,并通过有限元分析得出的结果对结构设计进行优化,为结构设计优化提供了数据支撑,同时减少了相关的结构试验.

复合材料电梯层门强度特性研究

针对电梯层门应用复合材料的强度特性问题,对层门门扇及筋板进行了复合材料反对称正交铺层设计,利用复合材料有限元法与Tsai-Wu强度失效准则,对其结构强度特性进行了研究。在层门型式试验验证有限元模型有效的基础上,分别选取单轴玻璃纤维环氧树脂(E-G)和碳纤维环氧树脂(E-C)材料,详细对比了不同层门门扇厚度、筋板个数对层门强度特性的影响。研究表明:在反正对称正交铺层设计下,E-G与E-C复合材料层门均可满足电梯层门设计要求,E-G与E-C复合材料横向压缩强度幅值数倍于横向拉伸强度,门扇内侧区域面内受最大拉伸应力,而外侧区域受最大压缩应力,其层门强度特性主要由横向应力分布主导,提高复合材料性能、门扇厚度和筋板个数目均可有效改善层门整体强度特性。

萝卜细胞质不结球白菜雄性不育系向乌塌菜品种转育

以不结球白菜ogura萝卜胞质不育系和改良萝卜胞质不育系为不育源,向中八叶乌塌菜转育,对萝卜胞质中八叶乌塌菜雄性不育系进行了回交转育速度的研究。研究结果表明,中八叶乌塌菜各回交后代不育株率和不育度均表现为100%,不育系在回交二代时外部形态接近轮回亲本。ogura不育系心叶黄化,生育周期长,限制其转化速度;改良不育系从外部形态上接近轮回亲本,但是随着回交世代的增加衰退现象较为严重。