玻璃纤维/环氧树脂/不锈钢网复合材料性能研究

为研究金属网厚度、金属网粒度、上层预浸料厚度和铺层角度对复合材料力学性能的影响。制备了1.8 mm厚度的9组玻璃纤维/环氧树脂/不锈钢网复合材料,对其进行正交试验仿真分析,并与试验结果对比。结果表明:仿真与试验的最大偏差为4.36%,证明仿真结果可靠。当金属网厚度为0.4 mm,粒度为590μm,上层预浸料厚度为0.9 mm,铺层角度为0°时力学性能最优。

不同材料飞轮转子的储能特性对比及有限元分析

飞轮储能系统以其响应速度快和功率密度高等优点而受到业界广泛关注。为了分析不同材质的飞轮转子之间的差异,文中选取了钛合金、4340合金钢和环氧树脂-碳纤维复合材料作为研究对象。通过ANSYS Workbench有限元软件分析了飞轮所能承受的最高转速,并且对比了不同材质飞轮转子的储能密度和储能量;在相同的转速和尺寸下,分析了不同材质的飞轮旋转时的内部应力及形变的差异。分析数据表明:相同尺寸的飞轮转子,环氧树脂-碳纤维复合材料飞轮能承受的转速最高,储能密度最大,并且内部应力和形变最小;钛合金飞轮的储能量最大;4340合金钢飞轮虽然能达到较高的储能量,但其内部应力和形变量大,给飞轮运行安全性带来不利影响。实际应用中应根据不同材料飞轮的特点进行选择。

热塑性复合材料系统安装结构的制备及仿真分析研究

热塑性复合材料已成为航空领域重点研究的材料,以民用飞机系统安装结构作为研究对象,通过工艺摸索给出了碳纤维增强PEEK热塑性复合材料层合板制备系统安装结构的工艺参数;采用Hashin失效准则和基于能量演化的刚度退化方法,建立了热塑性复合材料系统安装结构的仿真分析模型,较好地预测了结构的承载能力和失效模式;通过承载能力试验对仿真分析模型进行了验证,分析误差在20%以内,该方法可用于工程实践。该研究对热塑性复合材料在民用飞机结构上的应用具有一定的指导意义。

混合结构机械臂的设计与仿真分析

为减轻金属机械臂的重量,以六自由度机器人的大臂为研究对象,结合三维编织碳纤维复合材料的成型工艺,设计机械臂结构,提出基于CFRP/QT(碳纤维增强复合材料/QT 500-7铸铁)混合结构的机械臂轻量化设计方法。采用有限元分析方法对混合结构机械臂进行静力学分析,得到满足强度及刚度要求下混合结构机械臂的设计方案。力学仿真结果表明,混合结构机械臂质量减少24%,混合结构机械臂机器人具有良好的运动性能,在J1关节处所需驱动力矩更小。

近距离煤层采空区下淋水巷道稳定性分析

为研究近距离煤层采空区下淋水巷道稳定性,以石槽村矿220605工作面运输巷为研究背景,通过实验室测试,现场监测与数值模拟相结合方法,开展淋水顶板巷道稳定性研究。研究结果表明:(1)淋水巷道顶板黏土矿物中富含高岭石、蒙脱石、伊利石以及绿泥石,遇水后会迅速膨胀并逐渐流变破碎,从而导致围岩滑移。(2)水软化岩石初期,其峰值强度显著减小,且在破坏前、后表现出波浪式的承载特性。顶板岩石含水率从干燥增长至近饱和状态时,抗压强度、弹性模量、内摩擦角、黏聚力分别减小88.56%、62.45%、33.81%和58.54%。(3)水作用下的巷道塑性破坏主要为剪切破坏;随着围岩含水率的增大,顶底板塑性破坏范围变化不大,但顶板在水软化效应的承压能力不断削弱,两帮间接承压力明显提升,塑性破坏范围变化趋势为先线性增大而后趋于稳定。

民机雷达罩的抗鸟撞非线性力学行为仿真研究

为了研究某民机雷达罩结构的抗鸟撞性能,基于ABAQUS建立了采用纤维增强非线性动力本构的雷达罩模型,综合考虑了复合材料与泡沫芯材的非线性行为与应变率效应。该文通过仿真模拟,分析了面板材料(包括复合材料和泡沫芯材)是否考虑非线性与应变率效应、夹芯结构铺层顺序与角度,以及前后面板厚度比对结构鸟撞响应失效行为的影响。结果表明:纤维增强复合材料的非线性动力本构能够很好地描述雷达罩复合材料结构在动态加载下的应变率强化效应。不同铺层角度下的雷达罩面板的破坏形式基本相同,其最主要的失效形式是基体拉伸破坏,而前后面板铺层顺序为[0/-45/45]/[45/-45/0],且前后面板层厚比接近1的模型具有较好的吸能效果。

台阶式格栅加筋挡墙潜在破裂面计算模式研究

基于自洽理论建立了筋土复合材料力学模型,对不同台阶宽度的格栅加筋土挡墙的塑性区进行了有限元分析。研究了其塑性区的发展和贯通过程,对台阶式格栅加筋土挡墙的塑性区分布规律进行了讨论。研究表明,加筋土直墙的塑性区分布接近于0.3H破裂面的假定,但台阶墙的塑性区分布与直墙有显著差异,且随着台阶宽度的变化而变化。提出了适合于不同台阶宽度的格栅加筋土挡墙潜在破裂面的计算模式,当上阶挡墙前趾位于下阶挡墙的主动区内时,该破裂面为一连续曲面;当上阶挡墙前趾位于下阶挡墙的过渡区内时,该破裂面为分段曲面;当台阶宽度为0时,该破裂面可退化为0.3H破裂面。该计算模式具有较好的通用性,能适用于具有不同台阶宽度的加筋土挡墙。

基于DYNAFORM的自润滑轴套卷制成形的数值模拟

以I型材料标准轴套为研究对象,阐述了自润滑轴套卷制成形仿真的关键技术,根据实际情况采用了一种简化处理的方法,在eta/DYNAFORM软件中建立多步成形的有限元模型并进行了仿真分析。结果表明,简化处理的方法可行,数值模拟技术可以更好地了解轴套在卷制成形时的力学行为及成形特点,为实际生产加工提供了较大的参考价值。

大型龙门数控纤维缠绕/铺放机动态分析

通过对纤维缠绕/铺放成形工艺技术的深入研究,提出铺放成形机的总体原理方案,进一步确定运动机构方案和结构设计方案,借助于Pro/E、ANSYS、ADAMS软件协同构建系统的虚拟样机模型,进行动态仿真设计.对立柱进行了动态特性分析,为缠绕/铺放机的整体设计及其制造提供参考.

治理矿井热害的复合隔热材料及其应用

针对深井热害问题,分析复合材料的隔热机理,介绍了冒泡复合隔热材料。通过原材料不同配比进行实验,结合实验室圆管法测量绝热材料热导率装置,确定原材料的最佳配比,记录最佳配比材料的主要性能指标;利用巷道隔热结构放热量理论,推导出巷道采用冒泡复合隔热材料与不含冒泡复合隔热材料时,围岩向巷道内释放热量的差值计算公式。结合霄云煤矿1307综采工作面热害现状,运用围岩向巷道内释放热量的差值计算式,得出采用冒泡复合隔热材料后,巷道出口气流温度降低4.956℃;运用数值模拟软件对附加复合材料的巷道与不含复合材料的巷道进行模拟对比分析,得出采用复合材料的巷道出口气流温度比不含复合材料的约低5℃;通过应用现场巷道空气温度测量,得出添加复合材料后,巷道出口气流温度平均降低4.9℃。结果表明:该复合隔热材料能够有效减少围岩放热,降低巷道内的气流温度。

基于丝状单元的木塑复合板材制备及包装应用性能研究

研究以高密度聚乙烯塑料(HDPE)丝状单元代替传统胶黏剂制得的新型木塑复合材料的性能及其在包装领域的应用特性。以桉木丝为原料,采用热压成型的方式制备木塑复合板材,研究了板材密度、偶联剂和HDPE含量对板材性能的影响,通过ANSYS Workbench软件建立包装箱有限元模型,分析箱体在静态弯曲条件下受力情况和承载特性。结果表明:HDPE质量分数从20%提升至30%时,静曲强度、弹性模量和内结合强度分别增加了119%、214%、167%,吸水厚度膨胀率降低了20%。添加2%MDI偶联剂后,静曲强度、弹性模量和内结合强度分别提升了69.62%、92.16%和200%,吸水厚度膨胀率减小61.7%。复合板材所制得包装箱在堆码、静载、侧面冲击、垫块冲击4种工况下,受力部位主要为顶板的4个角、底板中央托盘所撑垫处、侧板和底板连接处、垫块与地面接触的位置。

风力机复合材料叶片静强度分析与铺层设计

文章采用有限元方法层合板模型分析风力机叶片在气动力、离心力和重力载荷下的静强度,气动力由动量-叶素理论获得并采用接触对加载,结果表明气动力是影响叶片强度的主要载荷,其次是离心力和重力,后二者可忽略;铺层方向测试表明:纤维沿展向铺层最佳,沿切向最差;铺层方向组合和变厚度叶片分析表明:铺层沿展向略微交错强度高于不交错;8个铺层方案对比获得最佳方案为从根部到梢部依次采用实心、5mm和3mm铺层,最小变形和应力接近极限情况。

复合材料电池箱真空辅助树脂灌注快速成形工艺

分析了几种复合材料零部件常规的制作工艺,针对电池箱的结构特点,提出了材料和结构一体化的真空辅助树脂灌注(VARI)快速成形工艺,并且采用液体成形模拟分析软件PAM-RTM确定了工艺方案和工艺参数。VARI工艺与传统双面模具的树脂传递模塑(RTM)工艺相比,节省了大量的工装设备和工序,降低了成本。为了验证所采用的工艺方法的可行性,实际制作了样件,结果表明所采用的工艺方法实现了快速、低能量消耗且绿色环保的目的。

复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析

本研究通过单轴拉伸试验实现复合材料单搭胶结结构胶面剪切破坏测试,获得了结构的极限剪切强度,同时利用解析法和仿真模拟方法分析了胶层的剪切应力状态。研究结果表明:胶结件的破坏为胶层与搭接板间的脱粘破坏,无胶层内聚破坏;胶层横断面中部剪切应力值最低,胶结区端部产生应力集中,端部应力最大;胶层存在剪切应力的同时,也存在垂直于胶结面的拉应力,其破坏原因是剪应力和拉应力的综合影响结果;平均剪切应力计算结果显示:试验值、理论值和仿真结果分别为8.9 MPa、9.5 MPa和9.2 MPa,理论结果和仿真结果的应力变化趋势一致,理论解和仿真解与试验值的误差均在7%以内,理论分析和仿真模拟可实现胶结结构剪切应力的可靠预报。

基于ABAQUS兆瓦级风力发电机组机舱罩有限元分析仿真

兆瓦级风力发电机组机舱罩多采用FRP等复合材料制成.由于材料的各向异性和大型机舱罩部件的复杂性,其CAE分析尚处于研究阶段。在分析复合材料层合板理论及其数学模型的基础上,利用ABAQUS软件采用S4R和S3壳单元模拟某机舱罩部件FRP层压板结构进行极限风速下非线性有限元分析仿真,构建了一种基于ABAQUS兆瓦级风电机组机舱罩非线性有限元分析仿真的方法,并给出了示例。

纤维排列方向对含圆孔的各向异性板应力场影响的仿真分析

针对含圆孔的复合材料板,在外界荷载作用下通常会引起孔周围区域的应力集中的问题。根据复变函数理论建立了计算模型。采用仿射变换的方法得到了准确描述应力场的复变应力函数。按照所建立的数学模型对含有圆形孔的复合材料板进行了应力分析。探讨了不同的纤维排列方向对孔边应力集中系数的影响。仿真分析了两个主方向的杨氏模量的变化对孔边应力的影响。

ABAQUS二次开发在定向管设计与分析过程中的应用

为了实现复合材料定向管设计研发过程中仿真分析的自动化,引入ABAQUS参数化二次开发技术,利用专用的python语言,定制人性化输入界面,通过输入和改变其相应参数,即可建立对应的模型,避免了重复建模,提高了效率。另外,对于仿真后处理过程关注的模态提取问题,编制了相应的程序和界面,实现需求模态的自动输出和保存。该二次开发方法可以有效提高仿真过程的自动化程度,减小定向管研发周期,在工程应用方面具有较大的参考价值。

动力吸振型电动轮动力传动机构分析与设计

根据动力吸振型电动轮的结构要求,采用十字滑块机构作为电动轮动力传动机构。建立了动力传动机构运动学模型,对机构速度特性、中间件的运动规律及工作空间进行了运动学分析。借助ADAMS软件对电动轮进行了仿真,仿真计算结果表明在结构设计中采用PEEK自润滑复合材料来解决十字滑块机构摩擦副磨损问题是可行的,并根据仿真结果对中间件内、外径尺寸及滑槽长度进行了设计计算。对所设计的传动机构的机械效率进行了分析,计算得到其效率不低于98.8%。

±800kV特高压直流输电系统谐波不稳定研究

分析了谐波不稳定产生的原因及条件,以某±800 kV特高压直流输电实际工程为研究对象,采用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,研究了由换流变压器铁芯饱和引起的谐波不稳定现象及规律。仿真结果表明,系统在单极10%额定功率下运行时,换流变压器铁芯饱和稳定因子为负,此时外界扰动导致换流变压器铁芯严重饱和,系统出现谐波不稳定现象。最后提出了抑制谐波不稳定的措施,仿真分析验证了其有效性。

木塑-混凝土组合柱轴心受压试验及有限元分析

目的为了实现建筑工程领域节能环保及可持续发展,提出木塑-配筋混凝土柱这一新的结构形式,为开展研究这类构件力学性能奠定基础.方法设计制作了5根试验柱:木塑立柱、木塑素混凝土组合柱、钢筋混凝土柱、配箍率不同的两根木塑混凝土组合柱,完成了试验柱轴心加载试验,并与传统钢筋混凝土柱进行对比分析,获得相关试验数据.结果在木塑型材中配置纵向受力钢筋并浇筑混凝土,能够明显提高木塑柱的抗压承载力,改善了木塑型材在压力作用下的破坏形态,与同尺寸钢筋混凝土柱相比,在保证承载力没有降低的情况下节约了混凝土用量.结论柱中箍筋用量的改变对柱承载力及破坏形态没有影响,木塑型材有效约束了混凝土柱轴心受压时的侧向位移,并提高了柱的延性指标.利用有限元软件模拟结果与试验实测结果能够较好吻合,充分验证了试验结果的准确性.