复合材料定向管刚度优化设计

为了减小火箭发射时的起始扰动,该文对复合材料定向管的刚度进行了优化设计.建立了复合材料定向管的有限元参数化计算模型.采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化策略.将复合材料定向管有限元参数化模态计算模型集成在多学科优化设计软件iSIGHT中,实现了优化流程自动进行.以定向管支撑约束位置为设计变量,以定向管基频最大值为目标函数,对定向管刚度进行了优化设计.计算结果表明:优化设计结果使复合材料定向管的一阶固有频率提高了29％,有效减小了火箭发射时定向管口的起始振动.     

基于复形调优法的复合材料身管优化

通过结构优化设计可以获得重量轻刚度好的复合材料火炮身管。根据设计要求,建立复合材料身管结构优化模型,以各层材料厚度和复合材料层的缠绕角为优化设计变量,身管强度和重量为约束条件,身管刚度为优化目标。结合有限元计算模型和复形调优法,建立复合材料身管结构优化的求解框架,并进行了编程求解。优化算例表明,复合材料身管在满足强度和减重要求的条件下,一阶固有频率提高了12．14％。     

复合材料定向管动力响应及优化分析

为掌握复合材料定向管的动态力学性能,了解复合材料定向管动力响应的应力、应变和变形位移情况,建立了复合材料定向管受载的力学模型,利用动力有限元法仿真计算了火箭弹的发射过程,然后对定向管壁厚值进行了对比优化分析.结果表明:动力有限元法是有效的仿真计算方法,复合材料定向管在发射开始阶段产生的响应应力和应变较大,后端产生的响应应力和变形位移比前端大,确定的合理壁厚值范围为3.6～4.1mm.该研究为某火箭炮复合材料定向管的研制提供了参考.     

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。     

基于热效应的复合材料身管强度分析

为了分析火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,对已设计的复合材料身管瞬态温度场和应力场采用有限元数值方法进行直接耦合分析,讨论复合材料身管在考虑温度变化情况下的应力分布,并对其强度进行校核.结果表明对复合材料身管强度进行分析时热应力和连发影响不可忽略,已设计加工的复合材料身管满足强度要求,为实验的可行性提供了理论计算依据,为复合材料身管的综合优化设计提供了参考.     

复合材料屋面板轻量化设计

将玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)应用于建筑屋面板,为了降低造价和质量,对复合材料屋面板的铺层厚度进行优化.基于Optistruct求解器,采用数学规划法,结合屋面板设计需求,确定设计变量、约束条件和目标函数,建立屋面板优化模型.通过控制复合材料失效因子和板的屈曲因子,约束结构位移,以质量作为目标函数开展优化设计.分析优化前后板的力学性能可得:在满足屋面板刚度的要求下,实现了结构的轻量化.     

基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计

在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.     

复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析

该文针对火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,进行复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析.基于有限元分析方法(FEM),建立了复合材料身管三维有限元模型;采用直接耦合法进行求解,获得复合材料身管在发射条件下温度场和身管动态应力的变化规律.分析结果表明:高温高压的火药气体引起较大的瞬间热应力,这种瞬间热冲击对身管金属内衬的强度影响很大.     

苎麻纤维PLLA-PEG复合材料制备工艺的优化

以PLLA、PEG的熔融共聚体为基体,以麻纤维为增强体.通过正交实验优化工艺参数,模压成型得到苎麻纤维PLLA-PEG复合材料板.分析复合材料的拉伸、弯曲性能及红外光谱、断面形貌.结果表明,当PLLA与PEG质量比为9∶1,共聚温度为120℃,TDI用量为1∶12(与PLLA的质量比),共聚时间为14h时,得到的复合材料板性能最优.其拉伸强度为11.1MPa,弯曲强度为68.48MPa.     

大跨越输电塔的结构优化分析

为了研究和解决大跨越输电塔的优化设计问题,以结构截面、根开和腰部尺寸为设计变量,以结构质量为经济性优化目标,以结构各构件应力比差的平方和为等强度优化目标,提出了经济性等强度优化设计方案,建立了优化目标函数,并采用APDL语言编制了相应的优化程序,利用基于共轭梯度法的一阶优化算法对优化目标函数进行了求解.优化计算结果表明,经济性优化设计方案侧重于节省钢材,等强度优化设计方案则侧重于结构的等可靠性,而经济性等强度优化设计方案既可以满足工程的经济性要求,又可以适当提高结构的整体安全性.     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

确定锥形管无模拉伸速度制度的数学模型

无模拉伸是一种金属柔性塑性加工方法,它的应用消除了常规拉拔过程存在的缺陷,使轴向变断面制品的拉伸成形以及难变形材料的成形加工问题得到很好解决.在分析锥形管无模拉伸的变形机制及可行性的基础上,提出了锥形管无模拉伸速度或冷热源移动速度的理论计算方法,并给出了相应的数学模型.实验研究证明,提出的速度模型较好地表达了无模拉伸速度变化规律,可用于确定有关的速度制度.     

管形径向复合压电陶瓷超声换能器

对一种圆管形径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性进行研究.该换能器由径向极化薄壁压电陶瓷短圆管与薄壁金属短圆管径向复合而成.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了换能器径向振动机电类比等效电路,并推导出其径向共振频率、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.实验加工了一些径向复合换能器样品,并对其径向共振频率及有效机电耦合系数进行了测试.结果表明,理论与实验测试结果相吻合.     

冷弯薄壁方钢管-稻草板组合墙体轴压性能

为研究冷弯薄壁方钢管与纸面稻草板(稻草板)组成的组合墙体的轴压性能,对三面组合墙体试件进行轴心受压试验,得到组合墙体的轴心受压承载力和破坏模式.试验结果表明,组合墙体的破坏模式是钢管端部屈曲破坏、稻草板局部发生褶皱和弯曲.方钢管和稻草板协同工作性能良好,稻草板对方钢管起到了良好的约束作用,组合墙体承载力较高.采用有限元软件ANSYS对组合墙体进行非线性分析,数值分析结果与试验结果吻合较好.在此基础上,利用有限元模型分析了钢管壁厚、墙体高厚比及自攻螺钉间距对组合墙体承载能力的影响,提出了该组合墙体轴压承载力计算公式.计算结果表明,该公式能很好地计算组合墙体承载能力.     

圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙抗震性能

提出了圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙结构.该新型剪力墙包含2种组合:不同受力体系(钢管混凝土、钢桁架与剪力墙)组合和不同材料(型钢与混凝土)组合,形成了多重组合剪力墙.进行了3个1/5缩尺中高剪力墙的低周反复荷载试验.在试验研究基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好.研究表明:圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高.     

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论：随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。     

NSTS管幕结构横向连接方法试验研究

提出一种基于钢管连接的NSTS(new steel tube slab)管幕结构,在纵向大钢管之间横向布置连接小钢管,浇筑混凝土后形成纵横向复合钢管混凝土整体结构,以解决现有管幕结构施工难度大、横向刚度及承载力低等缺点.通过试验研究不同钢管连接方式对NSTS构件受力性能的影响.结果表明,采用螺栓+T型钢板连接及采用螺栓连接的试件与仅采用T型钢板连接的试件相比,承载力分别提高58.4%,51.2%,刚度分别提高123.3%,97.5%,螺栓+T型钢板的连接方法对NSTS构件的受力性能最为有利;混凝土强度等级对试件的刚度和变形影响较大,对承载力影响不明显.     

CFRP/AA6061缠绕组合薄壁结构轴向压溃仿真方法

采用LSDYNA软件建立碳纤维复合材料缠绕在铝合金管外壁组合而成的CFRP/AA6061组合管的模型,对压溃仿真方法进行研究.采用MAT54和MAT123材料模型分别模拟CFRP和AA6061的本构关系,采用参数校准的方法确定CFRP与AA6061的连接界面法向失效应力和切向失效应力,并采用tiebreak接触定义界面.对不同纤维铺层角度的组合结构进行了压溃试验和仿真模型验证.结果表明,该仿真模型精度较高,对[0/90]₃和[90]₆铺层组合管的峰值载荷仿真误差分别为8%和11.2%,均值载荷误差分别为8.7%和6.7%,仿真结果较准确地再现了压溃过程中的峰值载荷和均值载荷,该仿真模型可用于CFRP/金属组合薄壁结构的压溃试验与仿真研究.      

A Study of Melt Flow Analysis of an ABS-Iron Composite in Fused Deposition Modelling Process

Fused deposition modelling (FDM) is a filament based rapid prototyping system which offers the possibility of introducing new composite material for the FDM process as long as the new material can be made in feedstock filament form. Swinburne has been undertaking extensive research in development of new composite materials involving acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and other materials including metals. In order to predict the behaviour of new ABS based composite materials in the course of FDM process, it is necessary to investigate the flow of the composite material in liquefier head. No such study is available considering the geometry of the liquefier head. This paper presents 2-D and 3-D numerical analysis of melt flow behaviour of a representative ABS-iron composite through the 90-degree bent tube of the liquefier head of the fused deposition modelling process using ANSYS FLOTRAN and CFX finite element packages. Main flow parameters including temperature, velocity, and pressure drop have been investigated. Filaments of the filled ABS have been fabricated and characterized to verify the possibility of prototyping using the new material on the current FDM machine. Results provide promising information in developing the melt flow modelling of metal-plastic composites and in optimising the FDM parameters for better part quality with such composites.     

稀土永磁材料的研究进展

综述了稀土永磁材料研究进展,简要介绍了Sm-Co,Nd-Fe-B,Sm-Fe-N,Nd(Fe,Mo)12Nx和双相复合永磁等几种重要的稀土永磁材料的性能、制备工艺和应用领域,展望了稀土永磁材料研究今后的发展方向。