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。     

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。     

机身壁板内压剪切联合加载试验研究

为揭示内压剪切联合载荷作用下机身壁板承力特性,采用D夹具模拟机身壁板边界条件,通过充气的方式施加内压载荷,通过扭转单闭室盒段的方式施加剪切载荷,并完成了内压试验、剪切试验和内压剪切联合试验。试验实测应力与理论结果吻合良好,试验显示内压剪切联合试验机身壁板蒙皮的应力水平和应力分布是内压试验和剪切试验机身壁板蒙皮应力水平和应力分布的叠加。但由于内压载荷作用下机身壁板外法线方向变形和剪切载荷作用下机身壁板内法线方向变形的叠加,导致内压剪切联合试验中蒙皮的实测应力与理论应力的误差较单独载荷试验的误差增大,应力分布精密度也变差。     

复合材料机身对接壁板双向拉伸试验研究

为研究复合材料机身环向对接壁板受轴向和环向拉伸载荷下的耐久性/损伤容限问题,设计了一种新型壁板双向拉伸试验装置;可在单轴试验机上实现双向拉伸载荷,提高疲劳试验加载频率,降低试验成本。利用有限元分析和各向同性基准件验证试验两种手段对试验装置的有效性进行了评估,满足工程要求。利用双向拉伸试验装置对复合材料机身环向对接壁板进行了耐久性/损伤容限试验,结果表明,机身环向对接壁板满足静强度要求,由于对接区金属和复合材料混合结构的冲击损伤阻抗较强,在耐久性试验和剩余强度试验后未发生损伤扩展。试验结果为复合材料机身设计提供了一定的依据。     

复合材料开孔加筋壁板结构剪切试验与数值分析

对复合材料开孔加筋壁板进行了剪切试验。基于逐渐损伤失效分析方法,建立了开孔加筋壁板的三维有限元模型。对壁板进行了应力分析,得到了各铺层的应力分布图和壁板孔边沿厚度方向的应力分布图。实现了逐渐失效扩展过程的仿真分析。计算了壁板的最终失效载荷,计算值与试验值误差为12.3%。     

复合材料加筋壁板长桁凸缘变厚度设计对长桁-蒙皮界面承载能力的影响

长桁与蒙皮之间的脱胶是复合材料加筋壁板主要的失效形式之一。本文首先对复合材料机翼结构长桁-蒙皮典型结构进行了三点弯曲试验,获得破坏载荷以及界面失效模式。然后基于ABAQUS建立三维有限元模型,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况。有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的合理性。在此基础上,对长桁凸缘宽度方向采用渐变厚度设计,开展了其对长桁-蒙皮界面承载能力的影响分析。研究结果表明采用变厚度设计可以减缓长桁凸缘末端附近的刚度突变,降低长桁凸缘末端与蒙皮之间界面的面外载荷。凸缘变厚度设计可以有效避免长桁与蒙皮界面过早出现脱胶失效,长桁凸缘末端越薄,界面脱粘载荷越大。     

复合材料壁板中长桁的胶接应力分析

用拟协调板元和梁元离散飞机尾翼翼面典型复合材料加筋壁板,对长桁截面刚度突变和面板后屈曲剧烈变形两种导致脱胶情况分别进行了线性前屈曲和非线性后屈曲逐渐破坏有限元分析,利用文中提出的节点力法,计算长桁与面板间的胶接应力。结果表明:刚度突变在突变处引起相当大和逐渐衰减的胶接应力,剪应力的衰减比正应力慢;后屈曲变形的急剧变化导致与波峰和波谷对应的胶接点的胶接应力比较高,但低于两倍临界载荷时,胶接应力不大。     

整体化壁板桁条末端设计及试验研究

复合材料结构整体化设计时,由于设计要求或设计限制条件,机翼壁板的长桁常常在翼肋、机翼的前后梁附近、机翼的油箱附近等部位终止,在长桁截止端处应力集中水平较高,极易引起缘条／蒙皮界面脱胶分层。设计四种不同构型的截止端试件,并开展相应的拉伸试验研究,结果表明,B组试件的截止端斜削构型最优,应力集中水平最低且损伤扩展最小的截止端构型;试验中采用A超检测损伤的发法是可行的,能够直观地呈现出损伤扩展的历程。     

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%。     

嵌入式FRP抗剪增强梁斜裂缝水平投影长度计算

为计算嵌入式FRP抗剪增强梁在四点加载作用下的斜裂缝水平投影长度,利用投影长度经验公式和变角空间桁架模型分别研究了剪跨比和纵筋-箍筋强度比对投影长度的影响,在此基础上综合考虑两者的相互关系,同时根据9根FRP嵌入式增强梁的实测试验数据,采用最小二乘法拟合斜裂缝投影长度计算公式.分析结果表明,单独考虑剪跨比和纵筋-箍筋强度比都不能很好地预测斜裂缝水平投影长度,而将两者结合能够较好地反应斜裂缝出现和发展的全过程,从而准确地计算斜裂缝水平投影长度.推导公式的计算结果和试验实测值取得了很好的吻合,误差小,离散程度低,同时还表明剪跨比是影响斜裂缝投影长度的主导因素.     

高速切削淬硬钢主剪切区绝热剪切失稳微观机理研究

使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对高速切削淬硬30CrNi3MoV高强度钢形成的锯齿状切屑主剪切区内材料微观特征进行了观察,并对绝热剪切失稳的微观机理进行了分析.微观观察和分析结果表明,绝热剪切带中心由平均直径0.4～0.6μm的细小等轴晶粒组成,过渡区内为碎化并沿剪切方向拉长的马氏体板条组织.锯齿状切屑的形成应归因子主剪切区材料绝热剪切失稳的发生,在此过程中,动态回复和再结晶成为微结构演化的主要冶金过程,绝热温升起到了关键作用.等轴晶组织的形成机制为旋转式动态再结晶.     

新型夹芯板斜截面承载力的理论分析

钢筋混凝土夹芯板(CS板)是一种新型的环保、节能型结构构件,在结构中不仅可用作围护结构还可以作为承重构件使用.本文研究目的是对CS板的抗剪性能进行理论分析,阐述其抗剪传力机理;通过对3块CS板进行抗剪实验,观测其受力性能的变化,提出计算模型和计算公式,将用该计算公式所得结果与实测结果相比较,二者吻合较好,该计算模型和公式可供工程设计中参考使用.     

钢-混凝土组合梁正弯矩区截面的组合抗剪性能

为研究钢混凝土组合梁正弯矩区的复合抗剪能力 ,对 16根密实截面钢混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部简支 ,跨中两点对称单调静力加载。试验结果表明 ,钢混凝土组合梁截面的组合抗剪承载力为现行有关规范计算值的 1.0 6～ 2 .88倍 ;为同剪跨比 (剪跨比为 1.0和 2 .0时 )纯钢梁的 1.2 6～ 1.72倍。混凝土翼板对组合梁的抗剪承载力有明显的贡献。组合梁的破坏形态不仅与组合梁的剪跨比有关 ,而且与钢梁的剪跨比有关     

钢丝桁架复合墙板抗弯及振动特性试验研究

节能复合墙板是由两块钢筋混凝土面板和聚苯板芯层通过斜向钢丝可靠连接而成的复合板,具有抗弯刚度大、承载力高、自重轻和节能保温等特点,广泛应用于钢结构住宅.为研究斜向钢丝的布置对复合墙板抗弯承载力和振动模态的影响,本文分别对足尺平面钢丝桁架复合墙板和CL(composite light-weight)空间网架墙板进行了抗弯...     

复合剪力墙结构设计计算模式的探究

在试验基础上，阐述了如何应用复合剪力墙的弯曲开裂强度，腹剪斜裂缝开裂强度，极限抗弯承载力、极限抗剪承载力以及极限抗滑移承载力的理论计算公式，进行复合剪力墙结构的设计计算，从而设计出合理的复合剪力墙结构。     

热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。     

复合外挂墙板刚度计算方法的研究

对复合外挂墙板进行理论和有限元方法分析,根据分析的结果,提出了复合外挂墙板的刚度计算方法。     

钢箱-砼组合结构PBH剪力键群抗剪试验研究

在PBL剪力键的基础上,提出了适用于钢箱-砼组合结构的PBH剪力键(Perfobond Hoop, 以下简写为PBH)。在PBH现有单排及多排研究基础上,为更加贴近在结构中的真实受力方式,进一步增加共同受力的剪力键数量,对PBH剪力键群进行了以沿抗剪方向剪力键排数为参数的推出试验,其中排数为3、5、7、9、11共5类试件。试验得到PBH剪力键群的荷载-滑移全过程曲线、承载力、破坏形态及滑移分布规律。其破坏形态为混凝土劈裂破坏及穿孔钢筋受弯屈服;沿高度方向的界面滑移呈现“两端大中间小”的分布规律;PBH群抗剪极限承载力随剪力键排数增加而折减,且排数越多,折减越多。折减效应分析认为,该折减的原因来自于沿抗剪界面的滑移分布不均匀。并由此提出了PBH群承载力折减系数。