含孔復合材料層合板孔口縫合補強層間應力分析

對含孔復合材料層合板的破壞模式和拉伸強度進行了研究,考查了孔的直徑和形狀對層合板強度的影響.通過實驗研究,測量出含孔層合板的強度.利用有限元軟件abaqus的子程序usdfld建立了逐漸損傷失效模型,對層合板的強度進行了數(shù)值模擬.研究結(jié)果表明,數(shù)值模擬得到的強度值和實驗測量的強度值吻合較好,文中建立的數(shù)值模型可以有效地預測含孔層合板的強度.

含孔復合材料層合板的壓縮性能研究-論文

論文開展了受拉伸復合材料層合板圓形開口四種補強型式的研究.首先,基于hoffman準則,分析補強型式對首層失效強度的影響,再通過比較開口周圍最大應力和應變的降低程度,分析圓缺、環(huán)形、橢圓缺和矩形缺四種補強型式的補強效率.通過有限元參數(shù)化建模,分析了幾何尺寸對補強效率的影響,給出了不同補強型式適合的補強范圍.研究表明通過合理地設計補強型式可以有效地降低應力集中,提高拉伸破壞強度.分析結(jié)果可以為復合材料飛機結(jié)構(gòu)在相似形狀和載荷條件下的補強設計提供參考.

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為在設計復合材料機械連接時有據(jù)可循,采用有限元分析方法,對復合材料機械連接層合板進行分析,給出正交異性帶孔板相對邊距h/d以及相對寬度d/b對孔邊應力集中的影響,結(jié)果表明:h/d及d/b對孔邊應力集中因子的影響較大;隨h/d的增加,最大環(huán)向應力集中因子kmaxσθ減小,而徑向最大應力與擠壓應力比krd變化不大;當復合材料板的寬度減小時,環(huán)向最大應力與擠壓應力比kσd增大,而krd幾乎不會隨d/b的改變而改變,但徑向應力的分布會因孔外形的變化而產(chǎn)生明顯的差異。為復合材料機械連接設計提供了一定的參考。

復合材料機械連接層合板孔邊應力集中研究 作者：鄭潔，李龍彬，錢超 作者單位：鄭潔,李龍彬(第一飛機設計研究院強度設計研究所,西安,710089)，錢超(第一飛機設計研究院結(jié)構(gòu)設計 研究所,西安,710089) 刊名： 航空工程進展 英文刊名：advancesinaeronauticalscienceandengineering 年，卷(期)：2012,3(4) 本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/periodical_hkgcjz201204010.aspx

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孔的存在對于結(jié)構(gòu)強度有相當大的影響。對于復雜孔形孔邊邊界條件的描述在數(shù)學上有一定的難度。邊界條件建立的不夠準確會給后續(xù)的計算帶來很大誤差。本文通過復變函數(shù)理論建立復雜孔形精確的邊界條件,提高有限元建模的精度。對含機翼檢修孔的正交各向異性板在外荷載作用下進行計算,得到孔邊應力場的數(shù)值解。給出孔邊應力分布和板的變形。

基于厚板理論和材料的參數(shù)退化準則,以三維hashin準則作為失效判據(jù),研究了一種考慮z向應力復合材料層壓板結(jié)構(gòu)的漸進失效計算方法,發(fā)展了復合材料中厚尺度含孔層壓板漸進失效模型。使用abaqus軟件的用戶材料子程序umat,編寫材料屬性程序,建立含孔復合材料厚板的漸進失效分析模型,較好地預測了復合材料層壓板的損傷擴展過程,并預測的極限強度與復合材料層壓板開孔拉伸標準試驗的試驗數(shù)據(jù)吻合較好,驗證了該模型在預測復合材料層壓板極限強度上的有效性,該模型在對網(wǎng)格劃分的簡化極大地提高了計算效率。

將基于單層板理論的逐漸累積損傷強度預測方法推廣用于含孔二維機織復合材料層合板的強度預測,建立了含孔二維機織復合材料層合板的逐漸累積損傷強度預測方法。并在ansys軟件平臺上開發(fā)了相應的參數(shù)化二維機織復合材料含孔層合板逐漸累積損傷強度預測程序,對兩種孔徑兩種鋪層的含孔二維機織復合材料層合板的強度進行預測,并對其損傷擴展規(guī)律進行了分析。經(jīng)與試驗結(jié)果對比表明本文所建立的強度預測方法效果良好。

運用有限元商用軟件abaqus,分析了剪載荷下腹板開孔的復合材料翼梁的孔邊應力分布及開孔補強性能.在應力分析中,討論了開孔間距,開孔距離梁下緣條的高度及開孔形狀對孔邊應力分布的影響.研究表明開孔間距、開孔距離梁下緣條的高度及開孔形狀對孔邊應力集中程度都有影響,但是開孔距梁下緣條的高度和開孔形狀影響較大;補強能降低開孔處的應力,提高結(jié)構(gòu)承載能力.包邊補強效果最好,雙側(cè)貼片補強次之,單側(cè)貼片補強效果最弱.補強材料剛度越大,補強效果越好.

為了更加準確地對雙軸向纖維增強復合材料在雙向載荷作用下的強度進行預測,本文針對tsai-wu強度理論進行了理論分析和實驗研究。首先,討論tsai-wu張量準則在雙向纖維增強復合材料中的應用問題,并確定用雙軸拉伸實驗來測定準則其中的一個強度參數(shù)f12。其次,采用數(shù)值模擬方法,結(jié)合taguchi實驗設計方法對十字形試件進行外形設計和參數(shù)優(yōu)化,得到了中心應力水平高、過渡區(qū)域應力集中系數(shù)小的十字形試件。最后,對十字形試件進行不同載荷比的雙軸拉伸實驗,通過實驗數(shù)據(jù)計算得到強度參數(shù)f12,并擬合了該材料應力平面第一象限的強度包絡線。研究結(jié)果表明,經(jīng)實驗數(shù)據(jù)修正后的tsai-wu強度包絡線能夠準確地反映出材料的強度特性。

復合材料層合板下陷是飛機結(jié)構(gòu)中應用廣泛的典型結(jié)構(gòu)細節(jié)。以下陷長深比、相同方向下陷區(qū)間距、兩個不同方向下陷區(qū)間距為下陷區(qū)設計變量,建立參數(shù)化有限元模型；通過下陷應力應變分布、初始失效和最終承載能力分析,確定各設計變量對下陷區(qū)結(jié)構(gòu)力學性能的影響,并進行參數(shù)化設計。分析結(jié)果表明:下陷區(qū)結(jié)構(gòu)最先發(fā)生損傷的部位為下陷區(qū)轉(zhuǎn)折處；合理的下陷參數(shù)設計變量取值為長深比b/a≥20、主受力方向上兩個下陷區(qū)間距a/h≥12、不同方向上兩個下陷區(qū)間距c/a_(min)≥1.5。

復合材料在靜態(tài)和動態(tài)載荷作用下的損傷形式是十分復雜的,精確的模型能更深刻地揭示復合材料的損傷機理。以hahn和tsai提出的單向損傷模型為基礎建立了剛度遞降關(guān)系,運用上述剛度遞降關(guān)系給出了一個疲勞壽命算例,計算數(shù)據(jù)與試驗結(jié)果較為吻合,相對誤差分別為7.72%和8.79%。結(jié)果表明:材料在循環(huán)加載作用下的損傷過程大體上可以分為兩個階段;通過保留泰勒級數(shù)展開二次項,能準確模擬出材料的"突然死亡"行為。

本文對不同鋪層的縫紉復合材料層合板進行了吸濕試驗研究,明確了吸濕對其力學性能的影響,為該種材料的工程應用奠定了基礎.

板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種受力性能合理、技術(shù)經(jīng)濟效益良好的新型空間結(jié)構(gòu)形式。本文結(jié)合復合材料力學理論和復合材料結(jié)構(gòu)力學(板殼理論),采用組合結(jié)構(gòu)有限元對復合材料層合板自身的強度和主要影響因素進行全面和深入的研究,研究復合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能,為復合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設計和層合板鋪層設計提供理論上的依據(jù),得出了可應用于工程實踐的重要結(jié)論。

在現(xiàn)代燃料電池、航空航天領域中大量使用各種復合材料。為了聯(lián)接和固定這些復合材料的各個子結(jié)構(gòu)和各類傳感器等,燃料電池和航空航天復合材料在結(jié)構(gòu)上經(jīng)常采用大量的螺紋聯(lián)接。利用有限元程序(ansys)分析了中厚板復合材料螺釘聯(lián)接部的應力場,給出了螺紋牙的載荷分布圖,研究了螺釘直徑、復合材料的纖維體分比(體積分數(shù)比)、以及螺釘與復合材料之間的摩擦系數(shù)對螺紋牙根部圓角處的最大拉應力的影響。

對復合材料開孔層合板有限元建模過程中網(wǎng)格劃分方法進行量化研究。應用參數(shù)化的方法建立多種板寬孔徑比、多種鋪層比例的開孔層合板模型,逐級調(diào)整網(wǎng)格密度,計算單軸拉伸載荷作用下孔邊最大應力集中系數(shù)。根據(jù)有限元結(jié)果,結(jié)合牛頓插值的數(shù)值計算方法,模擬出開孔層合板合理的網(wǎng)格密度劃分方程。然后,對該網(wǎng)格劃分方程下計算的數(shù)值解進行試驗驗證與解析解驗證。結(jié)果表明,這種網(wǎng)格密度劃分方程能有效地降低計算誤差,可以在板寬孔徑比大于3的復合材料開孔層合板的有限元計算中廣泛使用。

研究了橫向諧波荷載作用下具脫層復合材料層合梁的主共振問題.首先基于經(jīng)典非線性彈性理論以及分區(qū)reissner變分原理建立了脫層層合梁的非線性動力模型,然后利用galerkin積分過程,將脫層梁的非線性偏微分控制方程轉(zhuǎn)化為常微分控制方程,進而采用多尺度法求解了脫層梁主共振響應.討論了不同脫層長度、脫層深度以及不同鋪設材料對脫層層合梁主共振行為的影響.

主要采用彈性力學及三維彈性材料各向異性理論,時纖維纏繞復合材料管的結(jié)構(gòu)進行力學模型簡化,推導出簡便適用的計算復合管道的應力公式。將得出的公式用ansys軟件通過實例進行驗證,結(jié)果表明本文推導的公式與ansys分析結(jié)果符合良好,有一定的實用價值。

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爆炸載荷下復合材料層合板的抗沖擊性能-論文