复合材料加筋结构剪切屈曲模态分析

复合材料加筋壁板逐渐应用于大型飞机机身及机翼结构,采用试验和有限元的方法研究了加筋壁板结构的剪切屈曲特性。通过剪切试验获得加筋壁板结构的屈曲载荷和破坏载荷,结果表明当结构达到屈曲状态时并不会立马丧失承载能力,屈曲载荷占破坏载荷的81.8%。对比含夹具和无夹具的剪切屈曲载荷可知,夹具对加筋板的屈曲稳定性影响较大,在进行仿真模拟时,忽略夹具可能导致严重的错误。同时,边界条件的差异会导致结构的屈曲稳定性发生改变,夹具的强弱会影响结构的传力路径,合适的边界条件可以极大地改善结构的稳定性。     

复合材料大开口壁板的稳定性研究

本文研究复合材料大开口壁板的稳定性能,应用商用有限元软件ABAQUS对该结构进行有限元建模,开展数值分析,选用Hashin准则,对界面选用Quards二次应力判据分别判断其失效,得到壁板的屈曲载荷和屈曲模态,然后对壁板进行后屈曲分析,进一步得到结构的破坏载荷和破坏方式。从分析结果表明该结构具有较强的后屈曲承载能力。     

后屈曲复合材料加筋壁板的破坏预测方法

建立了复合材料加筋壁板屈曲和后屈曲有限元分析模型.该模型采用实体单元有效模拟筋条和蒙皮之间的连接.连接界面采用二次应力准则作为损伤起始判据、混合能量准则作为损伤扩展判据,并自定义损伤变量实现刚度非线性衰减.复合材料壁板采用断裂面准则作为失效判据,该判据能有效判断基体的失效.基于ABAQUS动态显示分析步,模拟了复合材料加筋壁板在压缩载荷下屈曲和后屈曲的过程,有限元分析结果与试验数据对比良好,证明了该方法的有效性.     

斜削型筋条复合材料加筋壁板轴压屈曲分析

复合材料加筋壁板大量应用在飞机结构中而斜削型筋条加筋壁板由于其特殊的偏心结构使得其与常规的贯通型筋条加筋壁板有着不一样的屈曲载荷。以斜削型筋条复材加筋壁板为例,通过试验、工程算法、有限元法三种方法对其屈曲模式进行分析对比分析三种方法所得结果,得出斜削型筋条对加筋壁板屈曲载荷的削弱作用在30%左右,工程算法保守量为11%左右。     

复合材料加筋板剪切屈曲与后屈曲承载特性

采用试验、工程算法及有限元方法研究了复合材料加筋板剪切性能。首先进行了剪切试验,试验结果表明：加筋板失效模式为筋条脱粘、蒙皮局部破损,加筋板的破坏载荷是屈曲载荷的1.14倍。然后,对工程算法进行修正,提出了一种计算屈曲载荷的快速分析方法;工程算法得到的屈曲载荷相对误差为3.53%。最后,建立了有限元模型,模型考虑了试验件与夹具的连接;通过有限元方法得到的屈曲载荷、屈曲模态及破坏模式与试验结果一致;与试验相比,屈曲载荷、破坏载荷的相对误差分别为2.21%、14.4%。     

复合材料加筋壁板长桁终止端失效分析

为了研究复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏机制,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于壁板与长桁缘条之间的脱胶损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,所建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下壁板与长桁缘条间的脱胶过程,且能较好地预测该结构的承载能力与分层面积。     

压剪组合作用下复合材料壁板的后屈曲承载能力

通过复合材料加筋壁板后屈曲有限元分析,预测盒形薄壁结构在弯扭组合作用下的承载能力.壁板基于修正的一阶剪切理论,四边简支,变形时保持直线.后屈曲分析采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术.定义了三种逐渐破坏状态,利用Hoffman准则,考虑单层板的破坏对于刚度的影响,确定壁板的后屈曲承载能力.数值计算结果表明,复合材料加筋壁板屈曲后有相当大的后屈曲承载能力,预测结果与复合材料盒段弯扭组合试验结果符合良好.     

基于Sobol法的复合材料加筋板结构参数灵敏度

复合材料广泛应用于航空航天领域,其可靠性、稳定性及承载能力等对于航空设备尤为重要.以复合材料加筋板作为研究对象,对其材料属性和几何参数进行灵敏度分析.首先,基于ABAQUS软件建立复合材料加筋板的有限元模型,对轴向压缩载荷下的屈曲载荷进行了研究;其次,针对加筋板结构的复杂性,基于Kriging方法的代理模型建立复合材料加筋板屈曲载荷与材料属性和几何参数之间的函数关系;最后,采用Sobol全局灵敏度分析法求解复合材料加筋板材料属性和几何参数的灵敏度.研究结果为复合材料加筋板可靠性设计提供指导.     

含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯梁屈曲失效研究

为研究面芯脱粘缺陷对复合材料夹层结构屈曲特性的影响,对含贯穿矩形面芯脱粘缺陷的复合材料夹芯梁进行了试验和仿真研究.轴向压缩试验发现:试件破坏模式为混合屈曲失效,承载过程可划分为轴向压缩、局部屈曲、混合屈曲和坍塌失效四个阶段.在试验基础上,基于Abaqus非线性弧长算法,对复合材料夹芯梁的极限载荷及后屈曲路径进行模拟.采用三维内聚力单元模拟预制脱粘缺陷,从破坏模式和极限载荷两个方面与试验结果进行对比,误差为6.51%,验证了数值计算方法的可靠性.有限元分析发现:随芯层模量增加,极限荷载先非线性增长后线性增长;当缺陷因子为0.052时,极限荷载为完整结构的80%,为确保结构的承载特性,应在缺陷因子达到0.05前及时进行脱粘区域修补.     

复合材料机身帽型长桁加筋壁板剪切失稳及张力场计算

摘 要 碳纤维复合材料逐渐大量应用于大型民机机身设计,本文通过分析和试验的方法研究了复材机身单曲率壁板在剪切载荷下的失稳及破坏特性。采用先进的大型机身壁板试验设备完成单曲率壁板的剪切载荷试验,得到壁板的失稳模态和失稳载荷、破坏模式和破坏载荷。采用不同边界的工程方法和有限元特征值方法研究了机身壁板的剪切失稳特性。采用剪切张力场分析方法研究复材壁板的剪切破坏特性。最后通过试验结果完善了剪切失稳分析方法,验证了剪切张力场分析方法,为复材机身壁板的设计分析提供支持。     

大跨度结合梁斜拉桥静力试验分析

通过大跨度结合梁斜拉桥静力试验的实测数据与理论计算值的对照分析,对青洲闽江大桥的工作状态作出科学的分析和评定,同时也验证了空间梁单元、杆单元、板单元构成的空间有限元模型静力分析的正确性.     

高厚比变化时十字型短肢剪力墙弹塑性分析

利用ANSYS对七个十字型钢筋混凝土短肢剪力墙进行单调荷载作用下的弹塑性分析,比较了剪力墙截面高厚比变化时,剪力墙的承载能力、刚度和延性变化情况,分析结果表明,随高厚比的提高,结构的承载力有所提高,而延性先增加后降低,结构设计中应充分考虑该因素的影响.当剪力墙高厚比为6.6时,承载能力及变形能力均较好,屈服荷载与极限荷载提高显著,延性系数达到最大,为实际工程的截面设计提供了有意义的依据.     

波形钢腹板钢管混凝土梁有限元分析及参数研究

提出新型组合结构——波形钢腹板钢管混凝土梁三维有限元计算方法.应用ANSYS程序对试验梁进行了双重非线性有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好.应用有限元方法,以波形钢腹板厚度、弦管壁厚以及管内混凝土等级为参数对其对受力性能和极限承载力的影响进行了分析.结果表明,对于以上弦管局部屈曲为特征的A梁,若要提高其承载力,应增加上弦管的壁厚;而对于极限承载力受下弦管受拉屈服控制的B、C梁,则要增大下弦管的壁厚.上下弦管是否采用钢管混凝土对梁的受力性能与极限承载力有显著的影响.然而,管内混凝土的等级对梁的极限承载力影响很小.波形钢腹板应具有足够的厚度以避免其局部屈曲破坏.在保证这一板厚的前提下,波形板厚度对梁的承载力影响并不大,承载力计算中可以忽略其对梁的抗弯能力的贡献.     

高强超薄壁冷弯型钢屋架承载性能及设计方法研究

基于三榀厚度小于2 mm、屈服强度550 MPa的高强超薄壁冷弯型钢屋架模型结构的承载力试验,观测这类低层住宅建筑常用屋架结构的破坏模式,得到其极限承载能力.采用通用有限元软件,建立该屋架结构考虑材料和几何非线性的分析模型,进行屋架结构非线性稳定分析,得到与承载力试验结果相一致的破坏模式.在此基础上,研究屋架结构内力分析的合理计算模式,提出屋架构件的建议设计方法,并对屋架的屋脊节点板构造提出了合理的局部加强改进方案.     

箱形预应力撑杆钢柱整体稳定性能研究

预应力撑杆钢柱具有稳定性能好、承载能力高等优点.采用有限元软件ABAQUS对中心柱截面为箱形的预应力撑杆钢柱进行了数值分析,并通过理论公式验证了数值分析的准确性.在此基础上进行线性和非线性屈曲分析,考察撑杆长度、撑杆截面尺寸以及初始缺陷大小等因素对这类结构构件整体稳定性能的影响.分析表明:当屈曲模态为对称屈曲时,增加撑杆长度可以有效提升箱形预应力撑杆钢柱的承载能力;同样地,撑杆截面尺寸对这类结构构件承载能力的影响也与其屈曲模态相关.     

挤压投影面积对耳片结构失效强度的影响

为探索挤压投影面积对耳片结构失效强度的影响,以某型飞机耳片为研究对象,采用数值模拟与试验的方法,针对不同挤压投影面积情况下耳片的破坏形式、承载能力、孔边应力进行了研究。结果表明,有限元计算值与试验数据吻合良好,破坏载荷误差在5%以内。根据试验和数值分析结果得出,随着比值的增大,耳片结构的承载能力线性减小,破坏形式逐渐由拉伸破坏转变为剪切-挤压破坏。材料弹性阶段后,对耳片破坏形式及承载能力起主导作用是挤压应力。而挤压投影面积增加,使得孔边各应力对载荷变化的敏感度降低。     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

活塞隔热性能有限元分析及试验验证

采用有限元计算方法和试验验证相结合对某复合隔热结构活塞的隔热性能进行了研究.首先基于性能仿真计算及经验公式确定了活塞换热边界条件,然后利用有限元热分析方法得到了该活塞的温度场及热流分配模型,并探讨了复合隔热结构活塞热流分配模型发生变化的原因.最后通过复合隔热结构活塞温度场模拟试验对活塞的隔热性能进行了试验验证.研究结果表明,隔热垫、气隙等隔热结构提高了活塞的热、机载荷承载能力,活塞隔热度超过了60%;复合隔热结构活塞温度场模拟试验结果与有限元计算结果之间误差在5%以内,说明有限元计算结果具有很高的工程参考价值.      

波纹轨腰钢轨力学性能

为了适应铁路运输的新要求，把波纹腹板 H 型钢的研究成果应用到钢轨上，开发出新型波纹轨腰钢轨，一种新型的钢轨结构。把普通钢轨的平轨腰结构轧制成波纹结构，会提高钢轨的承载能力和钢轨的稳定性。为了分析波纹轨腰钢轨的力学性能，基于有限元软件 DE-FORM，分别建立了普通钢轨和波纹轨腰钢轨的有限元模型。通过动力学模拟可知，在相同载荷和运动速度作用下，波纹轨腰钢轨的所受的最大应力、等效应变和 X 方向的位移均小于普通钢轨。并进行了静力学模拟和实验，其结果说明波纹轨腰钢轨的承载能力是普通钢轨的1.3倍以上。