复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

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。     

固体火箭发动机复合材料壳体破坏分析及优化

利用有限元计算软件ANSYS对轴向压力和弯矩联合作用下某型号固体火箭发动机复合材料壳体组合结构进行数值模拟。数值计算与实验结果对比分析表明:由于原结构的复合材料铺层设计不够合理,造成部分复合材料铺层局部应力过大,而导致结构未达到设计载荷即发生局部失效破坏。本文在结合实验分析和实物模型数值模拟计算的基础上,提出两种措施对原结构进行优化改进:增加局部补强纵向铺层数目以提高局部承载能力,从而提高整体承载能力;改变个别铺层材料以增强该层材料本身承载能力,最终提高整体承载能力。数值计算结果显示,两种改进结构均能提高整体结构承载能力15%～20%,实物实验表明改进结构可达到原结构设计承载能力的115%以上。     

基于塑性损伤理论的PBX圆拱结构变形破坏分析

为研究PBX构件在复杂应力状态下的力学行为,采用塑性损伤模型对PBX圆拱结构在压缩条件下的变形与破坏过程进行模拟,分析了不同约束状态下PBX构件的承载能力、变形破坏过程与裂纹形貌,发现试件的承载能力随着端部摩擦的增强而提高,经过与实验结果的对比可知,当摩擦因数取0.2时模拟得到的失效载荷为908.9 N,与实验结果的平均值921.3 N最为接近.在约束状态下圆拱的承载能力有了较大提高,并且在裂纹出现后试件仍然能够继续承载.通过数值模拟可知端部约束条件抑制了试件的变形和裂纹的扩展.在强约束条件下试件发生了二次破坏,通过数值模拟再现了这一过程,通过与实验的对比发现数值模拟在描述裂纹形貌、载荷等方面有较好的结果.      

不同载荷形式下型钢支架承载能力的正交优化

为研究高应力软岩巷道中U型钢棚支护的承载能力,基于正交设计试验,采用数值模拟软件ANSYS对不同的外载荷分布和帮部约束条件下的U型钢棚进行了数值模拟分析,并对试验结果进行了极差分析。结果表明:均匀载荷作用下,型钢支架支护效果最好。若帮部施加结构补偿约束,支架所受的弯矩和位移均比不加约束力小的多,对提高支架承载性能效果明显,现场实践表明正交优化方案可行。     

复合材料螺接修理层压板剩余强度评估

复合材料结构修理是飞机复合材料结构全寿命周期中不可或缺的重要环节。螺接修理传递载荷大,操作简单,易于外场实施。快速估算螺接修理结构的剩余强度,有助于修理参数优化及修理方案的设计。采用基于子模型法的有限元数值分析方法,快速预估螺接修理层压板结构的承载能力。模型中复合材料层压板和金属补片用壳元模拟,螺栓用梁元模拟,采用多点约束技术模拟螺栓与螺栓孔的接触。在整体模型应力分析的基础上,选择高应力区建立子模型,提出0°层点应力准则判断层压板是否破坏,根据粱元剪力的大小用工程方法评估螺栓的强度。分析表明,分析方法建模简单、计算周期短、分析结果与试验结果误差在5%以内,可以满足工程设计和分析要求。     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

冷气式气体发生器爆破片极限破坏载荷的计算

对于冷气式气体发生器,爆破片极限载荷的准确计算是发生器结构设计的关键。为了准确预测水压试验爆破片的破坏载荷,首先使用基于隐式算法的零曲率法和弧长法对爆破片极限载荷进行计算。与试验结果对比表明,这2种方法的极限载荷计算结果精度都达到97%以上。随后,为了弥补隐式算法在大载荷作用下接触非线性、难收敛的不足,基于弧长法关键位置应力矩阵状态变化规律分析结果,提出针对显式算法确定极限载荷值的方法： 应力矩阵状态分析法,即在显式计算过程中跟踪爆破片中心位置三向应力变化,将其在厚度方向发生失稳时对应的载荷定义为极限载荷。最终的计算结果表明,使用应力矩阵状态分析法判定的爆破片极限载荷与试验结果的匹配精度为97.4%,且由于接触非线性相关影响被计入,爆破片变形计算结果更加准确。     

热-固耦合煤岩力学性质

为探究不同温度下煤体力学性质变化规律,采用理论分析与数值试验相结合的方法,从热效应角度结合断裂力学相关知识,利用RFPA2D-温度版对温度影响的煤岩力学行为变化规律进行数值试验,研究结果表明:变温度应力的存在使得煤岩内部裂隙更易产生和发育,温度增加了裂纹的断裂强度因子,改变了裂纹尖端应力场.随温度升高煤岩承载能力不断降低,试验结果从数值实验角度进一步验证随温度升高岩石承载能力逐渐降低的变化规律.随着均值度升高,煤岩内部颗粒单元力学性质离散性降低,线性阶段载荷单步增量明显提高,承载能力逐渐增加.     

基于落锤装置的蜂窝铝夹芯结构动力学特性

利用实验结合数值计算的方法研究蜂窝铝夹芯结构在受冲击载荷作用时的动力学特性;采用落锤装置对蜂窝铝夹芯结构在受到冲击载荷时的变形进行研究,建立有限元模型,并与实验值进行对比;分析落锤冲击破坏过程中蜂窝铝夹芯结构面板与蜂窝芯子在不同阶段的应力分布,讨论不同冲击速度对蜂窝铝夹芯结构面板凹痕深度与面积的影响,以及实验过程中落锤与试件之间的接触力和能量吸收效果。结果表明,随着落锤冲击速度的增大,面板和蜂窝芯子在最大凹痕深度处的应力峰值逐渐增大,应力波辐射范围增大,蜂窝铝夹芯结构吸收的能量也相应增大。     

宽度孔径比对复合材料机械连接试验的影响研究

采用不同宽度孔径比(W/Z)=3、4、5)的复合材料两钉机械连接试件进行单剪拉伸和压缩试验。虽然都属于50%挤压/旁路响应试验且孔径相同,但不同宽度导致复合材料层合板和螺栓承载能力之间配比发生变化,进而对应的破坏模式、试验结果表现出很大的不同。经过试验观察、计算分析发现:当W/D=3时,复合材料层合板在螺栓处断开,这是由于复合材料层合板相比螺栓承载能力弱因而发生了旁路破坏;当W/D=4、5时,螺栓、复合材料层合板挤压较为明显,伴随着复合材料层合板分层,这是由于复合材料层合板相比螺栓承载能力强因而发生了挤压破坏。     

破损安全结构在损伤容限设计原则下的应用

针对破损安全结构在破损安全设计和损伤容限设计两种不同时代的设计原则下具体应用的差异进行阐述,指出在损伤容限设计原则下破损安全结构仍是主流设计,并通过实例分析,阐明破损安全结构相比单传力路径结构在损伤容限方面的性能优势。同时通过分析研究给出了单耳和双耳结构损伤容限性能比值与应力水平的关系,以及单耳结构达到双耳结构相同的损伤容限性能时,两者的应力比值关系。     

顺北油气田破碎性地层井壁稳定技术难题与对策

近年来,顺北油气田多口井因钻遇破碎性地层出现了严重的井壁坍塌掉块情况,导致阻卡频繁,多口井回填侧钻,已成为顺北油田勘探开发的重大技术难题之一。统计分析了顺北油气田奥陶系破碎性地层复杂现状,针对破碎性地层技术难点,研究分析了其坍塌失稳机理,提出了安全钻井技术对策。失稳机理主要为受挤压构造影响,地层破碎,应力集中,加之地层高角度裂缝、层理等弱面发育,胶结性差,结构松散,极易发生剪切破坏,产生大面积坍塌失稳现象。钻井液应强化致密封堵、固结性能,提高地层完整性和岩石强度,适当提高钻井液密度,加强力学支撑作用,同时提高钻井液携带能力,保持井眼清洁。破碎性地层钻进时应尽量简化钻具,优化钻井参数,“少进多退”,保证井下安全。     

GWZ721镁合金型材挤压过程组织演变机制

对固溶处理的GWZ721（Mg-7Gd-2Y-1Zn-0.4Zr）镁合金坯锭在400 ℃进行热挤压变形,获得T型材。采用光学显微镜（optical microscope,OM）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）和电子背散射衍射仪（electron back scatter diffraction,EBSD）等设备,研究了挤压变形过程中该挤压锭不同部位的金属流变组织特点。结果表明：坯锭在挤压加载时组织发生大量孪生变形,进入模具型腔时发生明显动态再结晶和挤出后发生显著静态再结晶;其平均晶粒尺寸逐渐得到细化,第二相被破碎细化并弥散分布于基体中;形成了基面平行于挤压方向的织构,其最大相对强度先由弱变强然后再变弱;试制得到T型材的横截面显微组织均匀,晶粒尺寸细小,存在较弱的基面织构。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。     

气体辅助聚合物挤出中的二维等温粘弹流动的数值模拟

以圆棒挤出为例，采用通用的流体力学有限元软件FIDAP，以壁面剪切应力为零的边界条件代替气体辅助挤出过程中的气垫膜层的作用对新型挤出方式——气体辅助挤出二维等温流动进行了粘弹数值模拟，得出和分析了口模内外的流线、速度、压力、应力分布和挤出胀大率等模拟结果，并将模拟结果和传统挤出进行了对比．分析和对比表明：气辅挤出可以基本消除挤出胀大，和传统挤出时的速度场、压力场和应力场在口模出口处沿轴向和径向均变化剧烈，而口模内部变化平缓的情况相比，气辅挤出时在有气辅段内各处的流线、速度、压力、应力很快趋同，到出口处几乎完全一致，从而可有效消除挤出过程中的“鲨鱼皮”现象，提高挤出制品的表面质量。     

蒙皮刚度对复合材料T型接头拉脱失效行为的影响

通过试验和数值分析的方法,研究了4组不同蒙皮凸缘厚度比的碳纤维复合材料T型接头拉脱失效行为。评估了蒙皮刚度对接头承载能力、损伤起始位置、失效模式的影响。结果表明:接头承载能力随着蒙皮刚度增加而提高,但两者并不线性相关。随着蒙皮刚度的增加,损伤起始位置逐渐由凸缘前端移至填充区;起始失效模式由凸缘前端与蒙皮的剥离转变为填充区的局部开裂,腹板两子层脱粘,以及填充区与腹板及蒙皮间的剥离等。     

考虑现浇楼板影响的砖砌墙体抗震性能研究

基于ABAQUS建立砌体墙片有限元模型,与选取的试验墙片结果进行对比,验证有限元模拟的可信度;再利用有限元模型分别研究现浇楼板、砂浆强度、圈梁截面尺寸、墙顶竖向压应力、开洞率和墙片高宽比对砌体墙片抗震性能的影响。结果表明,现浇楼板、构造柱和圈梁共同构成整体,加强了对墙片的约束,减轻了墙片的损伤;提高砂浆强度等级,墙片的承载力和延性将增大;适当的圈梁截面尺寸能有效减轻墙片的破坏程度;适当的墙顶竖向压应力能显著降低墙片的破坏程度;墙片开洞会降低其承载力和位移延性;增大墙片的高宽比,墙片的承载力将减小,且墙片主要破坏形式从剪切型破坏转化成弯曲型破坏。     

基于应变模态的刚构桥损伤诊断分析

随着车流量的不断激增和材料的不断老化,早期修建的桥梁结构承载能力逐渐下降。对结构的损伤进行诊断和恰当评估是健康监测系统的核心,而敏感的损伤指标是损伤诊断能够正确预警的关键。本文以数值分析为基础,选取应变模态参数和频率模态参数,通过对连续刚构桥的损伤诊断分析比较,提供了一种应用于此种桥型的结构健康监测方法。     

铝合金薄壁挤压管在准静态和动态载荷下的有限元模拟

使用韧性损伤判据,剪切损伤判据和MSFLD损伤判据分别对铝合金薄壁管在三点弯曲(3PB)和轴向冲击载荷作用下的试验进行有限元模拟.模拟结果表明:铝合金薄壁管在三点弯曲(3PB)和轴向冲击载荷作用下,随着薄壁管上的应力状态的不断变化,损伤形式主要是韧性损伤,剪切损伤和MSFLD损伤的组合,单一的损伤模型无法全面地描述铝合金薄壁管在复杂应力条件下的损伤及变形行为.模拟结果的载荷-位移曲线与试验的载荷-位移曲线吻合得很好.同时,轴向冲击模拟结果显示出铝合金薄壁管具有很好的吸能性.