Mechanical properties of a novel,lightweight structure inspired by beetle’s elytra

A new kind of bio-inspired, lightweight struc- ture was designed and built from carbon fibre prepreg based on the cross-sectional microstructure of a beetle＇s elytra. The compression strength and failure process of the resulting structure was analysed using the finite element method; while at the same time, a quasi-static compression experiment was performed using an electronic universal testing machine to verify the effectiveness and accuracy of this finite element method. This bioinspired structure was compared against a conventional honeycomb structure using FEM, revealing that for a given porosity and load parallel to the axis of the core tubes the respective compressive and specific compressive strengths of the bio- inspired structure are much higher at 84.3 MPa and 194.7 MPa/（g cm^-3）; thus demonstrating that this bioinspired structure has superior compressive capability.     

黄金分割比在炮口制退器结构拓扑优化中的应用

采用有限元分析方法对炮口制退器进行拓扑优化,并在沟槽即去除材料设计中采用黄金分割比.通过有限元静强度和动刚度对比分析,发现采用黄金分割比优化后的炮口制退器在较小质量的情况下具有较好的综合力学性能和较大的动刚度.     

复合材料夹芯板弯曲分析的双变量精确板理论

针对全复合材料正交格栅/梯形波纹夹芯板的弯曲刚度问题,提出一种基于双变量精确板理论的分析模型.采用均质化理论将两种芯子均等效为正交各向异性连续体,基于双变量高阶剪切变形理论的位移场和最小势能原理推导了夹芯板弯曲平衡微分方程.利用四边简支、对边简支和自由两种边界条件下的弯曲挠度和剪切挠度双变量的求解结果计算了夹芯板整体刚...     

承载式客车车身结构有限元分析

根据客车设计相关法规,考虑到制造工艺性和轻量化要求,对承载式车身6大组成部分分别进行了详细结构设计,并在UG NX5.0中建立了该客车车身数字化模型,将该数字化模型导入到ANSYS12.1软件中,就弯曲、扭转、紧急刹车等不同工况进行有限元分析,以检验该客车车身数字化模型是否满足工程应用中的强刚度条件要求,也为改进设计中有的放矢的提高其结构强刚度提供理论依据.     

Influence of polymer addition on performance and mechanical properties of lightweight aggregate concrete

The influence of polymer addition on microstructure, performance and mechanical properties of lightweight aggregate concrete was investigated. It was found that the addition of polymer improved the performance and mechanical properties of lightweight aggregate concrete. It was ascertained that the modification of microstructural uniformity and densification with the addition of polymer is responsible for the enhancement of mechanical properties.With respect to compressive strength and bending strength, the lightweight aggregate concrete added with 13% ethylene-acetate ethylene interpolymer ( EVA ) exhibits preferred mechanical properties.     

机械弹性车轮侧向刚度的影响因素分析

为深入研究机械弹性车轮侧向力学特性,基于理论及数值仿真的方法对车轮侧向刚度影响因素进行了分析.利用能量法建立了0轮单元侧向刚度理论模型,并得到影响车轮侧向刚度的主要因素.在简化机械弹性车轮结构的基础上,建立了车轮三维有限元模型,并验证了模型的有效性.针对不同垂向载荷、0轮几何结构参数以及橡胶层剪切模量,对机械弹性车轮进行了侧向刚度特性的仿真试验.计算结果表明:随着垂向载荷、橡胶层剪切模量的增大,车轮侧向刚度均增大;随着0轮断面高宽比的增大,车轮侧向刚度呈减小趋势.通过对车轮侧向刚度影响因素的理论及数值分析,可为优化车轮刚度特性及改进车轮结构等方面的研究提供参考.     

塑料后尾门的拓扑优化及其轻量化研究

针对某款集成塑料SUV汽车后尾门部件,建立不同工况下约束和设计目标的一体化模型,以最小质量为优化目标和不同区域厚度为优化变量进行轻量化拓扑优化分析。并对轻量化后的集成塑料后尾门进行刚度和强度的力学性能验证。结果表明：拓扑优化经过8次迭代后,其质量可从1.077×10^-2MIN降为8.830×10^-3MIN,实现减重20%的轻量化目标。试验结果发现轻量化后的样品刚度和强度等力学性能指标,能满足塑料后尾门力学性能要求。拓扑优化分析为集成塑料后尾门的轻量化设计提供了有效参考。     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

方形设肋薄壁钢管轻质混凝土短柱轴压承载性能的有限元分析

本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管轻质混凝土短柱轴压时的荷载-位移全过程关系曲线。研究表明,设加劲肋能有效改善冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱的承载能力。同时,研究了设肋方式、钢材强度、混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管轻质混凝土短柱承载性能的影响。     

复合材料蜂窝夹芯板挖补修理后的侧压性能

 对3种方法修理后复合材料蜂窝夹芯板的侧压性能进行:实验研究.实验结果表明,不同修理方法均可有效地恢复试件的侧压强度,所有试件的侧压强度恢复率均在完好板强度的79%以上.其中,初始损伤最小的蜂窝夹芯板有最高的强度恢复率,此外非对称的修理设计会导致附加弯矩,从而对结构承载能力造成不利的影响.在实验基础上建立三维有限元模型对修理后蜂窝夹芯板的侧压性能进行研究,数值模型得到的结构刚度、极限载荷与破坏模式均与实验结果吻合良好,为复合材料蜂窝夹芯板的修理设计提供了可靠的数值方法.     

面向轻量化的车身高强度钢覆盖件刚度仿真

基于壳体有限元理论,在满足车身设计规范前提下,进行车身外覆盖件轻量化定量仿真研究.以发动机罩板为对象,根据车身结构安全性能要求,建立抗弯和抗扭刚度仿真模型.以ST14传统钢板材料仿真结果为比较基准,进行以BH340高强度烘烤硬化钢板为替代材料的发动机罩板轻量化开发.结果表明:在满足车身刚度设计规范前提下,该方案能实现发动机罩板减重14.28%,满足轻量化设计要求.     

某汽车白车身静态弯曲刚度仿真分析与试验验证

基于某汽车白车身几何模型,建立其有限元分析模型。提出一种白车身静态弯曲刚度解析方法,对白车身进行静态弯曲刚度仿真分析,得到白车身关键点的Z向位移变化量,获取了白车身弯曲变形曲线。同时结合静态弯曲刚度解析方法,得到白车身静态弯曲刚度,并通过试验进行了静态弯曲刚度验证。研究结果表明:白车身静态弯曲刚度有限元分析和试验结果分别为13108.88 N/mm和14421.21 N/mm,相对误差为9.10%,有限元分析和试验结果基本吻合,可以为工程开发人员提供参考。     

止口及螺栓对法兰盘结构静力学特性的影响

以含止口配合的螺栓连接法兰盘结构为研究对象,利用ANSYS有限元软件进行数值仿真分析,基于接触算法与实体单元建模方法分析结构受横向载荷时的静力学特性,对比了含止口结构和无止口结构在接触状态和弯曲刚度上的差异.在此基础上,讨论了不同参数对接触特性和弯曲刚度的影响规律,为后续含止口螺栓连接法兰盘结构的设计提供一定参考.研究结果表明:对接触特性的影响,止口长度的增加有利于降低受压区域面积和接触压力的最大值;对弯曲刚度的影响,螺栓个数对弯曲刚度的影响占主导地位,其次是止口长度和摩擦系数,然后是螺栓预紧力,而止口过盈量对弯曲刚度的影响最小,同时良好的接触状态有利于提高结构弯曲刚度.     

轻质点阵夹层圆柱壳的设计与分析

目前,蜂窝夹层和泡沫夹层的圆柱壳比较常见,而具有更高比刚度和比强度的拉伸主导型点阵材料的夹层圆柱壳却鲜有报道。该文对点阵夹层圆柱壳的力学性能进行了研究,利用点阵材料的均质化等效理论,建立了点阵夹层圆柱壳的刚度模型和强度模型,并与有限元商业软件的计算结果进行了对比验证。结果表明,拉伸主导型点阵材料作为芯子的圆柱壳具有比传统蜂窝芯子圆柱壳更好的力学性能,相同承载能力下可实现减重25%以上。利用缠绕与二次固化成型工艺,制备了双蒙皮点阵夹层圆柱壳结构。试验表明,该结构的承载力和刚度比国外同等尺寸和重量的网格加筋圆柱壳提高了3倍以上。     

强度、刚度与模态约束下的FSC赛车车架轻量化

研究了在满足频率、强度、刚度约束的前提下,通过尺寸优化实现中国大学生方程式大赛(FSC)赛车车架的轻量化设计.首先,根据FSC规则要求建立车架的有限元模型.其次,设置5种静态特性分析工况、5个重要部位的刚度分析工况与前六阶自由模态分析工况对车架结构进行性能分析,构建以质量响应最小为优化目标,以材料的许用应力、重要部位的许用刚度和发动机的激振频率为约束条件,以车架管厚为设计变量的尺寸优化模型.最后,通过序列线性规划对非线性优化模型进行近似求解,取得了良好的轻量化效果:FSC赛车车架降重5.34kg,减重15.7%.     

炭纤维复合材料应用于汽车后背门的设计与优化

以某SUV纯电动汽车的后背门为研究对象,利用有限元优化设计方法,以T300牌号炭纤维复合材料代替钢对汽车后背门进行轻量化的重新设计,通过自由尺寸优化、尺寸优化和铺层次序优化三个阶段对后背门炭纤维复合材料的铺层进行优化,并对优化后的炭纤维后背门各项性能参数进行分析。结果表明,相对于原钢制后背门,优化后的炭纤维后背门的扭转刚度、弯曲刚度、侧向刚度、扭转模态频率和弯曲模态频率等性能指标均得到不同程度的提升,且质量由原来的16.70kg降至8.32kg,减重率达到50.2%,轻量化效果明显。     

轻钢龙骨-黄麻纤维生物基面板组合墙体抗震性能分析

为推动生物基纤维材料在绿色装配式生态村镇住宅中的应用,将黄麻纤维生物基面板作为轻钢龙骨墙体的覆面板材料,形成装配式组合墙体.通过理化性能实验和SEM实验测定黄麻纤维生物基面板的弹性模量和静曲强度,并分析面板的微观构造组成.利用ANSYS/Structural有限元软件建立基于半刚性节点连接的组合墙体计算简化模型,分析不同面板厚度对组合墙体抗震耗能性能的影响.结果表明:黄麻纤维生物基面板的弹性模量和静曲强度要远大于传统的OSB板;增加黄麻纤维生物基面板的厚度能增强组合墙体的塑性变形能力,减小刚度退化幅度,提高刚度残余;组合墙体的抗震性能和能量耗散能力更优.     

折背式乘用车车身结构数字化设计

依据乘用车设计相关法规进行乘用车车身结构设计,在CATIA V5软件中建立数字模型并简化,导入ANSYS 12.1 Workbench软件中,对其在弯曲及紧急制动工况下进行有限元分析,给出强刚度评价结果。在乘用车车身概念设计中,采用数字化设计技术将结构设计与有限元分析相结合,可缩短车身设计周期和降低试制成本。     

承插型盘扣式钢管支架盘扣节点抗扭刚度影响因素

承插型盘扣式钢管支架盘扣节点属于半刚性连接,其抗扭刚度是架体结构稳定承载力的重要影响因素。为保证承插型盘扣式钢管支架设计安全可靠和经济合理,对架体盘扣节点抗扭刚度影响因素进行研究,揭示各影响因素对盘扣节点抗扭刚度的作用机理,提出合理的抗扭刚度值。在盘扣节点抗扭试验的基础上,分析得盘扣节点扭矩-转角关系曲线和抗扭刚度影响因素,建立盘扣节点实体有限元模型对影响因素进行数值分析,提出合理的盘扣节点抗扭刚度建议值,并通过架体压载试验和有限元数值分析的结果对比,验证节点抗扭刚度建议值的合理性。研究结果表明:插销与连接盘的接触面积和材料应变硬化模量对盘扣节点抗扭刚度影响较大;盘扣节点扭矩与转角关系曲线非线性特性明显,抗扭刚度分3个阶段进行选取较为合理,各阶段盘扣节点抗扭刚度值宜取50～60、20～25、0～5 kN·m/rad。     

破裂岩石注浆固结体的剪切力学性能研究进展

 破裂岩石注浆固结后形成的岩-浆-岩结构面呈现较强的剪切力学特性，且其剪切强度及稳定性是衡量注浆加固效果的关键性指标。基于科学研究的常用方法，从3方面阐述了国内外破裂岩石注浆固结体的剪切力学性能的研究进展：注浆固结体剪切力学性能试验研究，包括剪切强度、刚度及蠕变等性能；注浆固结体剪切强度预测模型研究，主要为理论计算模型和经验模型；注浆固结体剪切变形破坏数值研究，涉及有限差分法、有限单元法和离散单元法等。总结分析了目前破裂岩石注浆固结体剪切力学性能研究存在的主要问题，提出应加强注浆固结体的剪切蠕变性能、长期稳定性以及具有普适性的剪切强度预测模型的研究，以完善注浆加固机理和注浆加固强度强化理论。