薄蜂窝复合材料夹芯结构侧压性能研究

对不同构型薄蜂窝复合材料夹芯结构侧向压缩响应进行了试验研究,研究参数包括芯材高度、芯材密度和面板刚度。结果表明,蜂窝芯材高度严重影响蜂窝结构失稳载荷和峰值载荷,而上下面板的刚度不对称性会严重降低失稳载荷却对峰值载荷影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构的整体破坏过程与芯材密度、芯材高度均有关系,而受刚度不对称性影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构在侧向压缩载荷下的主要失效模式是蜂窝芯材剪切破坏,通过高速摄像机对蜂窝局部进行观察,发现失效起始于单个蜂格的剪切破坏,导致其高度降低,继而引起上下两侧蜂格破坏,并且迅速扩展到上下约3个蜂格,导致载荷突降。若继续加载,破坏继续向两侧蜂格扩展,且载荷基本不变。     

格构腹板增强复合材料泡沫夹芯板侧压性能试验与分析

提出一种以聚氨酯泡沫为芯材、玻璃纤维增强复合材料为面层和格构腹板的新型复合材料夹层结构板材。采用真空导入工艺制备8个参数不同的夹芯板试件,并对其进行侧压性能试验,探讨格构腹板和聚氨酯泡沫等参数对构件压缩破坏形态和承载性能的影响,并根据复合材料力学理论进行理论分析。结果表明:格构腹板可提高夹芯板的截面刚度,并能有效提升芯材与面层的界面粘结强度,抑制夹芯板面层剥离;聚氨酯泡沫芯材能有效抑制板材在加载初期的局部屈曲;理论分析与试验结果相吻合。     

静水压力作用下夹芯板结构的变形规律分析

对静水压力作用下的夹芯板结构进行了研究,以得到其内部结构变形和应力分布规律,达到优化结构形式的目的.针对表层较薄且带有侧板的夹芯板结构,通过有限元仿真与理论分析,研究了静水压力作用下其上下表层与芯材的变形及应力分布特点.分析表明:在静水压力作用下夹芯板结构的变形可分为边界区域、中心区域与过渡区域;其上下表层以弹性基础板变形为主,而芯材以体积压缩变形为主.最后,采用理论方法对结构变形与应力分布的几个特征量进行了计算,误差控制在11.4%以内.     

菱苦土新型夹芯结构的研究

研究一种新型复合夹芯结构，即低密度泡沫芯材与菱苦土柱状结构复合芯材．由于复合芯材具有较高的抗剪切性能和抗平压性能，使得新型夹芯结构具有很高的抗弯刚度性能，而且夹芯结构的芯材与面板同时成型，没有界面，从根本上解决了夹芯结构芯材面板界面性能薄弱的问题．如果该夹芯结构应用于菱苦土夹芯板中，将使菱苦土夹芯板在结构、工艺、性能、安装等方面都有很大提高．     

铝/硅橡胶交织复合材料压缩力学行为的研究

制备了铝/硅橡胶交织复合材料,并对其进行静态压缩实验,分析了其压缩力学行为及吸能性.铝/硅橡胶交织复合材料的压缩应力 应变曲线呈现双阶段平台的特征,平台区总的长度远大于与复合材料中相同结构参数的泡沫铝压缩曲线上的平台区长度,且压缩曲线没有明显的压实区.在相同的应力峰值下,铝/硅橡胶交织复合材料的压缩吸能性和吸能效率均高于参数相同的泡沫铝,因而可作为性能优异的吸能材料.     

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。     

三维整体夹芯机织复合材料抗落锤冲击性的测试与分析

为了研究三维整体夹芯机织结构复合材料的能量吸收能力和破坏机理,本文对14组具有不同结构参数的夹芯结构复合材料试样进行了抗落锤冲击测试,得到试样的中值破坏能量,并对测试结果进行了分析.分析结果表明:影响三维整体夹芯机织复合材料抗落锤冲击性能的因素主要包括结构中各部分的纬纱密度,接结纱的接结方式以及增强纤维的性能;另外,预制件的经纬纱织造密度亦对复合材料的抗冲击性能影响很大.     

泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁动态三点弯曲试验研究

通过三点弯曲冲击试验测试了泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁的动态力学性能,研究了这种复合夹芯梁的破坏形态、荷载-时间曲线和能量-时间曲线。分析了不同冲击速度和芯层厚度对冲击荷载和吸能量的影响,与传统蒙皮夹芯梁和纯泡沫铝梁进行了比较。结果表明,在试验设定的参数范围内,这种复合夹芯梁表现了较好的整体性。冲击速度和芯层厚度对其动态力学性能有明显的影响,随着冲击速度的增加,夹芯梁的冲击承载力逐渐增加,但冲击速度较大时复合夹芯梁会表现出一定脆性破坏,导致吸能能力降低。随着夹芯梁芯层厚度的增加,冲击承载力与吸能能力逐渐增加。与传统夹芯板和纯泡沫铝梁相比,其冲击承载力和吸能能力明显提高,说明这种泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁具有良好的动态力学性能。     

复合材料格栅增强夹芯梁弯曲性能研究

为研究含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲性能,采用均质化方法对夹芯层等效弹性参数进行理论推导.结合平行移轴刚度理论、一阶剪切理论对含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲刚度、最大挠度进行理论分析;然后对夹芯梁的弯曲性能进行了研究,结果表明:夹芯梁的相对弯曲刚度、挠度与格栅芯材弹性模量比之间存在一次分式函数关系,所用格栅可使相对弯曲刚度提高21.5%,相对挠度下降19.5%;当夹芯层与蒙皮厚度较小时,格栅对夹芯梁的相对弯曲刚度无明显提升;在相同条件下,格栅纵向分布比横向分布更利于夹芯梁提升刚度、降低挠度;当格栅纤维铺层角度在45°时,可使夹芯层弯曲刚度最大提升约21%,夹芯梁相对弯曲挠度下降约7%,而对夹芯梁相对弯曲刚度影响微小.     

GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击数值模拟

通过对玻璃纤维(GFRP)空管和GFRP管约束泡沫柱进行低速冲击有限元模拟,研究冲击高度对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响;将GFRP管约束泡沫柱与GFRP管约束混凝土柱的冲击力时程曲线进行对比,研究不同填充材料对试件冲击力时程曲线和吸能效果的影响。研究结果表明:随着冲击高度的增加,试件的冲击力峰值增大,试件的吸能效果降低;填充泡沫比填充混凝土具有更好的吸能效果,可以更有效抑制冲击荷载的增加;GFRP管约束泡沫柱抗侧向冲击破坏分为两个阶段,前一阶段GFRP失效,后一阶段泡沫复合材料芯材失效。     

复合材料球形阵列结构压入力学模型及弯曲变形协调机制

为了从结构力学角度揭示集中载荷作用下复合材料球形阵列结构的弯曲变形协调机制,建立了该结构典型局部板格的压入力学模型,采用载荷叠加法将集中载荷作用下四角点弹性支承且四边受等弯矩正交各向异性矩形板线性弯曲的中心点挠度分为2个部分:集中载荷作用下四角点弹性支承且四边自由的板的挠度,以及四边受等弯矩的板的挠度.前者可进一步分解为集中载荷作用下四角点弹性支承刚性板的挠度和集中载荷作用下四角点刚性支承线弹性板的挠度,后者可进一步分解为左右边简支上下边受相同弯矩的板的挠度以及上下边简支左右边受相同弯矩的板的挠度.将相同厚度的板在不同载荷情况下的挠度计算结果与有限元分析结果进行比较,进一步开展了试验验证,验证了解析解的正确性.      

黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

基于响应面法炉腹异型管铜冷却壁的长寿技术优化

基于传热学理论,对近年来出现的高炉炉腹区异型管(椭圆型、矩型、双圆型、三圆型及正六边型)铜冷却壁传热模型进行参数化建模,基于冷却壁传热特性对冷却水管进行管型最优选择;模拟正常工况对开炉初期冷却壁镶砖热面未覆盖渣皮的传热模型进行热-结构耦合分析,利用响应面法得到各参数对铜冷却壁力学特性的相互影响规律.将响应面法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合对炉腹结构参数及长寿技术进行优化,优化后的炉腹结构在传热特性和力学性能方面均得到明显改善,结果证明所建模型和参数化计算程序可用作炉腹结构长寿技术的优化设计和评估.     

抗震结构的动力优化设计研究

从结构动力学基本方程出发,导出动力优化的抗震设计方法,通过动力优化降低了结构的动力反应;同时利用能量设计法建立了结构动力优化的目标函数,基与动力最优控制中性能指标具有形式上的统一;并基于地震随机性,提出了结构动力优化,用非确定的机会约束规划求解。     

加强层和楼层梁对框-筒结构侧移的影响

为弥补设置加强层的高层框架-筒体结构简化的结构力学分析模型存在的不足，基于同时考虑普通楼层梁和加强层作用、由最小势能原理推导出顶部加强框架-筒体结构侧移曲线解析表达式．结合算例，分析了普通楼层梁、加强层对结构侧移的影响程度和规律；定量说明了普通楼层梁对结构侧移的影响是不容忽略的；探讨了设置加强层减小高层框架-简体结构侧移的同时，尽量降低由此所带来的抗震不利因素影响的结构设计方法，并对加强层与内芯筒、普通楼层梁与内芯筒的相对线刚度取值提出建议，可供同类结构设计时参考．     

基于应力场的植物根系模拟及工程应用

通过研究植物根系形态形成机理,以等应力原则为基础,对植物根系的形态形成过程进行了计算机模拟,并提出了一种新的结构拓扑优化设计方法.研究结果表明,土壤和植物根系之间的剪切应力是控制植物根系形态形成的主要力学因素,而基于植物根系形态形成原理的结构拓扑优化设计方法,可应用于薄壁板壳结构的加强筋分布设计,快速得到加强筋分布的近似最佳拓扑形态,以作为进一步详细设计的初始模型.     

路表纹理多尺度特性表征及演化行为研究综述

为了量化路表纹理的多尺度特征,厘清路表纹理的演化行为,概述了路表纹理尺度特征及其影响,总结了多尺度表征的数学理论方法,分析了表面纹理演化机理及磨光演化模型。结果表明：不同尺度的路表纹理影响着安全、环境、经济等方面。路表纹理在结构特性上具有统计几何、频谱及自仿相似特征。在路表纹理形成期,材料、级配及施工等决定了表面纹理水平,而在劣化期主要受到表面雨雪冰霜、沉积污染物以及荷载磨光等因素影响。解析胎-路接触应力是预测路表纹理磨光演化行为的有效途径。未来研究有必要研究纹理尺度之间的相关性、表面纹理与内部结构的映射关系、碳排放的量化关系以及接触状态理论力学等问题,为材料力学设计、快速检测评价及智能养护提供理论和应用支持。     

局部双层去顶网壳参数化设计与力学分析

为研究局部双层去顶球面网壳力学性能,进而选出适用于大跨度露天结构的网壳类型,应用ANSYS软件的程序设计语句APDL(ANSYS parametric design language),研制了6类局部双层去顶网壳的参数化模型设计程序,并对6类网壳的静力性能及影响要素做出对比分析.研究结果表明:该模型设计程序简单实用,为结构在不同几何参数下的力学性能分析带来了极大便利;结构几何参数对其力学性能影响较复杂,且网壳最顶圈为结构薄弱部位;联方型在6类网壳中受力性能相对最好,可在大跨度露天结构中优先考虑.     

基于机器学习的梯度点阵材料优化设计

点阵材料具有轻质、抗冲击、高能量吸收等特性，因而在航天飞行器承载部件设计等领域有广阔应用前景. 通过对点阵材料内部杆径进行合理的梯度设计，可以提高点阵材料在高速冲击载荷作用下的动态力学性能. 利用仿真模拟数据，基于随机森林模型实现了梯度点阵材料的动态力学响应预测和结构参数优化. 以面心立方（face center cubic，FCC）结构梯度点阵材料为研究对象，通过对杆径参数的调整实现点阵材料密度的梯度化设计. 通过LS-DYNA软件计算了密度分布不同的梯度点阵材料受到冲击载荷作用时的动态力学响应，包括冲击端面与支撑端面接触应力随时间的变化曲线. 基于随机森林模型，以各层胞元的相对密度为输入，实现对点阵材料端面峰值应力的预测，并基于Gini指数分析出对不同端面处峰值应力影响最大的胞元层. 将网格搜索算法与训练好的随机森林对接，分别以两个端面上的峰值应力最高作为优化目标，获得点阵材料各层胞元相对密度的最优值. 模型对梯度点阵材料端面峰值应力的预测误差在5%以内. 数值模拟验证结果表明，优化后所得梯度点阵材料相应端面上的峰值应力高于仿真数据集内任何结构.      

机构变参数设计与动作可靠性分析的一种新方法

该文提出了一种基于机械仿真软件———ADAMS的机构变参数设计与动作可靠性分析的新方法 ,详细介绍了运用该方法对某类冲锋枪发射机构进行的研究实例 ,建立了该发射机构的仿真模型 ,对不同的结构参数和装配参数进行了变参数设计研究 ,进行了动作可靠性分析 ,并分析了相关影响因素。