基于ANSYS的形状记忆合金复合材料板簧的模态分析

运用ANSYS软件对形状记忆合金(SMA)复合材料板簧进行模态分析。首先,建立SMA复合材料板簧的有限元模型;然后,针对升温和降温两个过程分别对SMA复合材料板簧进行模态分析。分析结果表明了温度、SMA纤维含量对复合材料板簧的固有频率以及模态振型的影响,揭示了SMA复合材料板簧的固有频率随着温度的升高而逐渐变大等规律。     

埋入SMA纤维的复合材料壁板的气弹稳定性研究

研究混杂SMA纤维的复合材料平直层合壁板在超音速气流作用下的颤振特性。采用特殊正交SMA纤维混杂单层板的正轴应力-应变本构关系、经典的克希霍夫层合薄板理论并结合超音速一阶活塞气动力理论导出SMA纤维混杂复合材料壁板的气动弹性方程。借助于Rayleigh-Ritz解析法,建立SMA纤维混杂复合材料壁板在SMA纤维的驱动作用下的振动和颤振性能预测的近似分析模型。研究结果显示出,SMA具有良好的抑制壁板颤振的功能。     

基于形状记忆合金的变刚度外骨骼设计与建模

为减轻变刚度驱动单元质量,缩小其体积,提出一种基于形状记忆合金(SMA)的变刚度主动元,单个变刚度主动元质量约为68.5 g.为精确控制外骨骼刚度,结合SMA本构模型、相变动力学模型、热平衡方程、输出方程,对SMA进行动态建模.为最大化满足人体运动需求,通过并行布置变刚度主动元的方式,结合导轨机构,构建轻质变刚度外骨骼的原理样机.测试结果显示外骨骼变刚度范围为7～20 N/mm,验证了外骨骼功能的有效性.     

变截面板簧轧机控制系统的数学模型

本建立了变截面板簧孔机控制系统的数学模型，分析了变截面板簧截面厚度偏差产生的原因，并提出了由一阶导数前馈控制与反馈控制构成的复合控制系统，以提高轧机系统品质和变截面板簧厚度精度。     

两步法三维编织复合材料梁的阻尼预测和优化

基于层合板类推法和能量耗散原理,导出了两步法三维编织纤维增强复合材料矩形截面梁的比阻尼容量计算公式;提出了此类梁的优化设计方法,梁的阻尼取为最大优化目标函数,梁的刚度要求和工艺要求等取为约束条件,设计变量是纤维编织角、轴向纤维的百分比和梁的截面尺度等．优化问题采用约束变尺度法求解．算例表明了所提方法的显著效果．.     

内嵌伪弹性形状记忆合金纤维的复合材料空心梁动态有限元分析

以内嵌伪弹性形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料空心层合梁为研究对象,基于经典层合梁理论和有限元法,在考虑SMA的相变特性、材料非线性与基体变形相互耦合的基础上,按照虚功原理建立了SMA混杂复合材料空心层合梁的运动方程,并用Newmark积分法和牛顿迭代法对运动方程进行了数值求解,研究了SMA混杂复合材料空心层合梁的振动特性,分析了SMA对复合材料层合梁的振动抑制效果,讨论了温度、结构阻尼对空心层合梁动态响应的影响规律.结果表明:同一时刻下内嵌SMA纤维的空心层合梁自由端挠度较未嵌SMA纤维时的挠度明显降低;伪弹性SMA纤维在较高的温度下能更好地实现对层合梁的振动抑制;伪弹性SMA纤维对层合梁的振动抑制效果明显优于结构阻尼对层合梁的振动抑制效果.     

采用遗传算法的复合材料板簧多目标优化方法

为了使某客车复合材料板簧的性能达到最优,提出了一种针对复合材料板簧的多目标优化方法。综合应用遗传算法中的权重系数变换法和混合法,调用编写的复合材料板簧各项性能的Matlab计算程序,采用Matlab遗传算法工具箱建立了以铺层参数为设计变量,以复合材料板簧的刚度、强度和质量为子目标的多目标优化模型。优化结果表明,簧身的宽度应取最大值,从长度渐变铺层区域末端到中部凸起结构的簧身厚度应以抛物线规律增加。对优化得到的设计方案进行样件试制和台架试验。试验结果表明,优化得到的复合材料板簧质量为钢板弹簧的40%,疲劳寿命是钢板弹簧的3倍,同时也满足整车对板簧刚度和强度的要求。     

两片变截面式渐变刚度钢板弹簧的轻量化设计

建立两片变截面式渐变刚度钢板弹簧模型,运用MATLAB优化工具箱对某轻载货车钢板弹簧进行满足应力要求前提下的优化,使其所使用的板簧材料最少,并利用ANSYS有限元分析软件验证其性能.结果表明:在应力满足要求的前提下,优化后的两片变截面式渐变刚度钢板弹簧,质量减轻了44.16%,且仿真的刚度值与数值计算刚度值基本一致.     

纤维增强塑料的粘弹性参数

对于弹性纤维增强的复合材料,当其基体的粘弹性行为用分数阶导数型本构关系描述时,给出了预测整体三维本构关系的解析表达式。结果说明,这类复合材料仍具有粘弹性特性,其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的共同贡献。粘性部分同样可以表示成分数阶导数的形式,这一部分来自基体粘性的贡献。复合材料具有和基体相同的粘性系数。建模采用渐近均匀化方法。为分析微结构特点对整体特性的贡献,须求解两类局部问题。可以看出,在整体的等效模量中包含了局部变形的贡献,局部变形增加了复合材料的耦合刚度。给出了应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。以圆截面纤维错排的情形为例,给出了整体等效模量随纤维比的变化曲线。     

渐变刚度特性状态下的板簧挠度计算

为解决渐变刚度特性状态下的板簧挠度计算问题,根据莫尔积分,建立了考虑板簧截面两侧圆弧的主簧刚度和主副簧复合刚度的数学模型;通过有限元仿真分析,得到了渐变刚度板簧的刚度-载荷特性,并利用积分运算,建立了渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度计算式.通过实例计算和试验验证可知,挠度计算值与试验测试值的最大相对偏差为5.46%.研究结果表明:渐变刚度特性状态下的板簧挠度计算方法是正确的,可以为渐变刚度板簧的正向设计提供理论参考.