NONLINEAR STABILITY OF TRUNCATED SHALLOW CONICAL SANDWICH SHELL WITH VARIABLE THICKNESS

The theory of nonlinear stability for a truncated shallow conical shell with variable thickness under the action of uniform pressure was presented. The fundamental equations and boundary conditions were derived by means of calculus of variations. An analytic solution for the critical buckling pressure of the shell with a hyperbolically varying thickness is obtained by use of modified iteration method. The results of numerical calculations are presented in diagrams, which show the influence of geometrical and physical parameters on the buckling behavior.

连续法聚氨酯彩钢夹芯板厚度偏差影响因素的研究

结合实际生产,详细介绍了配方及生产工艺对聚氨酯彩钢夹芯板厚度尺寸偏差的影响。结果表明:随着聚酯多元醇羟值的提高,泡沫交联密度增大,板材厚度尺寸偏差减小;随着配方中水含量的增加,反应过程中生成大量脲基并释放大量的热,热量越大则出层压机板材的泄压膨胀越严重,在熟化过程中刚性的脲基阻止了板材的回缩,导致板材厚度偏差较大;生产线速越慢,泡沫在双履带层压机中熟化时间越长,泡沫反应越完全,强度提升越大,板材厚度尺寸偏差越小。

变厚度铺层Nomex蜂窝夹层件固化变形的数值模拟

为准确预测变厚度铺层夹层结构的固化变形,基于热-化学-结构多物理场耦合方法对AS4/8551碳纤维/环氧树脂复合材料-Nomex蜂窝夹层结构的固化过程进行数值模拟。考虑材料时变特性的影响,结合复合材料瞬时线弹性本构模型、细观力学理论和改进的Gibson等效理论建立起夹层结构三维有限元仿真模型,研究了结构在整个固化周期中的固化度场、温度场和应力-应变场的分布关系,并同已有的实验结果进行对比验证,最后通过解析模型分析预固化工艺对结构回弹变形的影响规律。结果表明:建立的有限元模型能够比较准确地反映结构固化过程,固化变形的平均预测误差为4.8%,最大预测误差不超过6.0%;变厚度铺层设计对较薄区域面板的固化应力影响较大,表现为沿厚度方向的向上剪切应力,在冷却阶段集中于结构端部并转化为结构翘曲;面板预固化处理削弱了固化放热和材料各向异性对夹层结构固化变形的影响,0.25预固化程度下结构最大变形的降低幅度达到14.78%。研究结果为复杂设计蜂窝夹层件制造精度的提升和工艺优化提供了重要参考。

杉木层状压缩的形成及其密度分布特征

实木层状压缩技术是以实体木材的定向定位压缩为目标,以最小的材积损耗,最大限度地提高木材力学性能的一种新型木材压缩方法。通过水热分布调控以及外力加载的协同作用,在调控压缩层的形成位置、厚度和多层压缩的基础上,分析压缩木材密度分布特征,研究层状压缩技术对于人工林杉木(Cunninghamia lanceolata)的适用性及其层状压缩形成的特点。结果表明:预热时间控制在0.5~30 min之间时,获得压缩层位置不同的层状压缩杉木。随着预热时间的增加,压缩层由表层逐渐向中心(厚度方向)移动,压缩层密度达到0.583 g/cm^(3)及以上;通过调控压缩量,获得压缩层厚度为3.00~8.07 mm的4种厚度的表层压缩杉木,压缩层密度提高率比木材整体密度提高率平均高28.7%;将表层压缩和中心层压缩工艺并用,实现形成3个压缩层的多层压缩。扫描电镜观察结果表明,无论压缩层形成于表层还是中心层,压缩层与未压缩层界线出现在早材区域或早晚材交界处,压缩层的早材细胞发生细胞壁屈曲变形,至细胞腔几乎完全消失,而晚材细胞壁及细胞腔仅发生微变形或不变形。依据压缩前后木材密度分布曲线及特征值计算结果,杉木压缩层部位的早材密度提高率最大值可以达到210.6%。

泡沫铝夹芯板的三点弯曲疲劳性能

为探讨夹芯板结构准静态下的弯曲失效模式和疲劳性能,以304不锈钢为面板,7050铝合金基体闭孔泡沫铝为芯层,组成泡沫铝夹芯板结构。基于三点弯曲试验获得夹芯板结构损伤变形过程和静态峰值载荷。通过三点弯曲疲劳试验得到疲劳寿命和破坏形式,采用最小二乘法和极大似然法绘制夹芯板的S-N和P-S-N曲线,并进行对比分析。结果表明:夹芯板在静态加载时的弯曲失效与载荷-位移曲线相吻合;在疲劳加载时失效方式较为单一,90%的试件因芯层断裂而失效。夹芯板疲劳寿命随着面板厚度的增加而增加,当芯层密度从0.60 g/cm^(3)增加到0.73 g/cm^(3)时,疲劳寿命反而出现下降;当芯层密度为0.60 g/cm^(3),面板厚度为0.6 mm时,夹芯板结构对加载水平敏感度最低。研究结果为夹芯板结构工程应用提供了设计基础。

民用飞机机翼翼尖端部全高度泡沫芯壁板制造技术

民用飞机机翼翼尖端部组件结构为全高度泡沫夹芯壁板,由“C”形端隔板、尾边条、楔形块、泡沫芯、外蒙皮组成,型面公差要求严,装配关系复杂,制造过程极易引发内部无损与结构变形,对结构制造工艺的可行性与稳定性提出了严重挑战。通过对泡沫胶接质量验证、泡沫芯进行压缩试验验证,验证了胶膜黏接质量可靠性,同时得出泡沫芯厚度的1%作为蠕变压缩的工艺补偿量。采用AIRPAD-碳布叠层压力垫结构形式,使其在高温固化过程中进行膨胀从而有效进行压力均匀传递,保证端隔板零件制造厚度和消除表面皱褶。对外蒙皮加强层、整层、迎风面进行铺层展开可行性分析,对于无法展开区域按平行于纤维方向进行工艺分片,按照规范拼层错缝调整,在满足设计要求下进行剪口处理,从而保证料片外形与产品外形一致性。为控制组件共胶接质量,采用上/下组合模形式,组合模选用复合材料结构上半模,保证其具有随热压预浸料厚度下降而适应性形变的韧性。通过上述研究成功研制符合设计要求的合格产品并进行装机应用。

厚夹层盐穴储气库扩大储气空间造腔技术

针对目前国内盐矿普遍发育厚夹层的问题,通过室内实验、数值模拟和现场试验,分析厚夹层是否可以垮塌,以实现上下盐层连通,扩大单腔储气空间。分析夹层的水溶机理、水浸后力学参数变化规律后发现:水浸后夹层呈蜂窝状溶解且产生裂缝,利于剥落,剥落残渣占据空间较小;水浸后夹层力学强度明显降低,易发生破坏,有利于夹层垮塌。利用夹层垮塌临界跨度计算模型可预测夹层垮塌时机,通过数值模拟获得了厚夹层垮塌规律,表明夹层厚度越小,夹层埋深、腾空跨度和盐腔高度越大,夹层垮塌的可能性越大。提出了"充分浸泡夹层、二次建槽"的设计思路,针对某储气库12 m厚夹层进行造腔试验设计,并在2口井进行了现场试验,表明厚夹层可以垮塌,且增加了造腔高度,提高了单腔工作气量,具有技术和经济可行性。

PMI泡沫塑料及其夹层结构的高频介电性能研究

本文研究了密度和厚度对PMI泡沫塑料及其碳纤维、玻璃纤维夹层结构10GHz的高频介电性能的影响。结果表明,PMI泡沫塑料的厚度对其高频介电性能影响不大;随着密度的增加,PMI泡沫塑料的高频介电性能呈近线性规律增大,并与理论计算值基本一致;随着厚度的增加,其碳纤维夹层结构和玻璃纤维夹层结构的高频介电性能均不断降低,并逐渐接近纯PMI泡沫塑料的介电性能,其规律符合串联公式模型;玻璃纤维夹层结构的高频介电性能低于碳纤维夹层结构。

缝合泡沫复合材料弯曲性能研究

利用Abaqus分析平台建立了缝合泡沫夹层结构在三点弯曲载荷下的动力学有限元模型,通过杆单元模型模拟缝线树脂柱的受力情况,基于hashin破坏准则考量了面内纤维断裂、基体压溃等损伤情况。对缝合泡沫复合结构和未缝合泡沫复合结构进行了三点弯曲实验,其中缝合泡沫复合结构最大弯曲载荷提高80%左右,弯曲挠度提高30%左右,说明缝线树脂柱的引入可以有效提高缝合泡沫夹层结构的弯曲性能,而模拟得到的实验数据相较真实数据的误差都控制在10%以内,证明了模型的可靠性,利用hashin准则下纤维压缩损伤情况(HSNFCCRT)和hashin准则下基体拉伸损伤情况(HSNMTCRT)的输出证明缝线树脂柱的加入有效地减少了纤维面板内部的层间损伤,表明其面内性能得到了明显的提高。

全厚度缝合复合材料泡沫芯夹层结构力学性能研究与损伤容限评定

探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。选用3种夹层结构形式,即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex蜂窝夹层结构,完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/损伤容限等7项实验研究。结果表明,泡沫芯夹层结构缝合后,显著提高了弯曲强度/质量比、弯曲刚度/质量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI)强度和破坏应变。这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低,可以在飞机轻质机体结构设计中采用。

蜂窝芯体厚度对Nomex蜂窝夹层复合材料压缩性能的影响

以NRH-2-48芳纶纸为蜂窝芯体,碳纤维层合板为面板,制备了不同芯体厚度的Nomex蜂窝夹层复合材料,通过压缩试验研究了芯体厚度对复合材料压缩性能的影响,并探讨了芯体厚度与复合材料屈曲载荷和压缩破坏载荷的关系。结果表明:随芯体厚度的增加,复合材料的屈曲载荷和破坏载荷都相应增大,当复合材料的屈曲载荷与面板的破坏载荷相同时,蜂窝芯体厚度最佳。

厚面板泡沫铝层合梁的弯曲模型与数值模拟研究

由于泡沫铝层合板具有轻质、高比刚度和减振吸能等优良的力学特性和物理特性,因此得到了广泛研究。但对表层厚度与夹芯厚度相近甚至超过夹芯厚度的厚面板层合结构的力学性能研究却很少。本文在层合梁弯曲理论的基础上,通过对层合梁微元的受力分析,建立了层合梁的力平衡方程和层板之间的变形协调方程,求出了厚面板层合梁的正应力和剪应力的表达式,并通过有限元分析结果进行了验证。结果表明,应力值的大小,还是应力的分布,解析法与有限元法的计算结果都十分接近。

复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计研究

以复合材料蜂窝夹层板结构作为研究对象,建立了多工况优化模型,对众多的材料设计变量进行必要的取舍,通过优化分析确定复合材料蜂窝夹层板面板各分层的厚度以及蜂窝芯层的厚度等,使结构满足相应的频率约束、屈曲约束,以及强度约束、位移约束和尺寸限制等,同时达到结构的重量最轻。采用序列二次规划法对某卫星的承力筒结构进行了优化设计,优化结果表明:在满足其振动特性以及静力学特性的条件下,复合材料蜂窝承力筒的各面板层厚度以及蜂窝芯层的厚度均有所减小,减重效果显著,较好地实现了复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计。

变厚度夹层环板弯曲问题的非线性分析

研究具有变厚度的夹层环形板大挠度问题.采用打靶法和解析延拓法求得具有双曲型变厚度夹层环形板在外边缘为夹紧固定,内边缘自由情况下非线性弯曲问题的数值解,讨论几何参数和物理参数对夹层环形板弯曲问题的影响,给出特征关系曲线,结果可供工程设计时参考使用.

变厚度夹层截顶扁锥壳的非线性稳定性分析

对具有变厚度夹层截顶扁锥壳的非线性稳定问题进行了研究· 利用变分原理导出表层为等厚度而夹心为变厚度的夹层截顶扁锥壳的非线性稳定问题的控制方程和边界条件 ,采用修正迭代法求得了具有双曲型变厚度夹层截顶扁锥壳的非线性稳定性问题的解析解 ,得到了内边缘与一刚性中心固结而外边缘为可移夹紧固支的变厚度夹层截顶扁锥壳临界屈曲载荷的解析表达式 ,讨论了几何参数和物理参数对壳体屈曲行为的影响·

蜂窝铝夹芯板动态冲击试验研究

采用落锤低速冲击试验测试蜂窝铝夹芯板的动态力学性能,研究了其破坏形态、破坏过程和典型荷载-位移曲线,分析了冲击速度和面板厚度两个因素对夹芯板极限冲击承载力和吸能量的影响,并和准静态试验下相应面板厚度的夹芯板进行力学性能对比。试验结果表明,蜂窝铝夹芯板的典型冲击荷载-位移曲线呈现出五个主要阶段,在不同冲击速度下夹芯板的极限冲击承载力和吸能量基本一致,而随着面板厚度的增加,夹芯板的极限冲击承载力和吸能量随之增加,三种不同面板厚度的夹芯板在落锤低速冲击作用下的极限冲击承载力和吸能量比在准静态作用下提高。

夹芯厚度与真空度对蜂窝夹层隔声特性的影响

研究了蜂窝夹层结构在不同夹芯厚度和空腔真空度下的隔声特性.就平面声波垂直入射的情况,对蜂窝夹层结构的隔声特性进行了理论分析,并采用有限元软件,对不同夹芯厚度与空腔真空度下的结构隔声特性进行了数值模拟.结果表明:提高蜂窝夹层结构中夹芯厚度与空腔真空度,能够有效改善蜂窝夹层结构在不同频段内的隔声性能,尤其体现在中高频段.在蜂窝夹层用于隔声结构设计与使用过程中,针对不同的噪声频谱需求,采用有限元计算的方法选择蜂窝夹层结构的夹芯厚度与空腔真空度,可以达到所需的隔声要求.研究结果对轻薄隔声结构的设计具有一定的指导意义.

急斜特厚煤层群采动应力畸变致诱动力灾害控制

采动应力诱发的动力灾害是制约急斜特厚煤层群安全开采的难题之一。以乌鲁木齐矿区乌东煤矿动力灾害防控为目标,采用开采技术条件调查、理论分析、数值计算和现场监测等方法与手段,揭示采动应力畸变致诱动力灾害机理。研究表明:43号煤层产生的采动应力经其顶煤传导作用至层间夹持煤岩柱(sandwiched coal-rock pillar in seams,SCPS),同时受自重作用SCPS发生大变形,造成其倾向上部层位受拉伸应力而倾向下部层位受压缩应力,引发45号煤层+575水平南巷顶板应力高度集中,导致动力灾害频发。针对43号煤层工作面高于45号煤层工作面的开采布局,制定"先注水后爆破"解危措施。现场监测结果表明微震大事件频率由4.0次/min降至1.0次/min,电磁辐射峰值强度降至42.8 m V,动力灾害得到有效控制。

变厚度夹层环形板大挠度问题的打靶法求解

对具有变厚度的夹层环形板大挠度问题进行了研究.采用打靶法和解析延拓法求得了具有双曲型变厚度夹层环形板在外边缘为可移夹紧固定、内边缘与一刚性中心固结情况下非线性弯曲问题的数值解,并讨论了几何参数和物理参数对夹层环形板弯曲问题的影响,给出了特征关系曲线,结果可供工程设计参考.

不等厚表层硬夹心双曲夹层扁壳的热应力问题

探讨了具有各向同性硬夹心及不等厚度表层组成的3层双曲扁壳的热应力问题采用广义变分法,在考虑各层抗弯刚度的情况下,导出了3个基本方程。此理论可用于工程设计。