基于Hypersizer的复合材料结构铺层设计和铺层过渡设计

针对复合材料各向异性严重导致设计困难的问题,采用复合材料结构分析与设计软件Hypersizer建立模型,进行铺层设计和铺层过渡设计。首先,将仿真模型划分成不同的设计区域,根据不同设计区域的受载情况进行分析计算,设计铺层厚度、铺层比例和铺层顺序。接着在铺层过渡区设计铺层递减方式,并按照铺层设计原则重新调整原先的铺层。最终得出满足符合工程实际要求的最佳铺层和铺层过渡。     

正交叠层板最终拉伸破坏的细观力学研究

基于剪滞理论,研究了在０°方向承受拉伸的复合材料正交叠层板由９０°层的破坏及０°层中部分纤维断裂相互作用所导致的细观应力重新分布．在此基础上,采用随机临界核统计理论,对正交叠层板的最终拉伸破坏进行了细观统计分析．对［０／９０ｎ／０／９０ｎ／０］碳／环氧的计算结果表明,算得的最终拉伸强度能较好地吻合现有的实验结果．     

铺层顺序邓叠层圆柱微曲板稳定问题的影响

用动态松驰法研究了铺层顺序邓受均匀单轴压力的不对称十字叠层圆柱微曲板稳定问题的影响。数据结果表明，压弯耦合刚度系数的符号对该类叠层微曲板的稳定性性的影响是显著的。     

非对称铺层T700复合材料层合板铺层顺序优化

为分析经过铺层顺序优化后的复合材料层合板的承载能力,基于有限元优化设计软件,构建碳纤维复合材料层合板有限元模型,施加边界条件与轴向载荷,进行力学性能分析;以碳纤维复合材料层合板铺层顺序为设计变量,以层合板主应变、连续角度铺层不超过四层等为约束条件,最大承载能力为设计目标,对层合板进行优化;并对优化后的层合板基于强度理论...     

基于稳定性的复合材料层合板铺层顺序优化

应用数学规划法对复合材料层合板的铺层顺序进行优化设计,以提高层合板结构的稳定性,并通过刚度等效的思想,结合铺层顺序代理模型实现优化目的.利用单层正交各向异性板的弹性模量、泊松比、剪切模量等属性模拟不同铺层顺序的层合板刚度,在此基础上,提出铺层顺序代理模型,并推导铺层顺序代理模型与刚度等效模型间的数学关系,将对离散的铺层顺序变量的优化转化为对连续变量的优化.算例中利用该优化方法求解层合板的具有最优抗失稳特性的铺层顺序,通过优化设计显著提高了层合板的稳定性.     

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.     

铺层角度对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度的影响

为了准确计算复合材料等效刚度,指导复合材料设计过程中铺层角度的选择。该文基于经典层合板理论,建立了考虑拉剪耦合效应的三维层合板等效刚度计算方法。基于该方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度随铺层角的变化趋势进行了分析,结果显示:随着铺层角θ_1的增加,铺层方式为(θ_1)_(25)/(θ_2)_(25)的层合板的面内轴向刚度E_x、横向刚度E_y的变化曲线包含变化率显著不同的两个阶段;法向刚度E_z呈正弦变化趋势且当正交铺层时有最大值;面内剪切刚度G_(xy)在θ_1=45°且θ_2=135°时有最大值;面外剪切刚度G_(xz)和G_(yz)变化曲线关于θ_2=90°对称。通过比较层合板与单向板等效刚度发现,选择合适的铺层角度组合能够有效提高结构的法向刚度和面内剪切刚度。     

复合材料铺层拼接区的应力集中研究

讨论了树脂基复合材料的柔度和变形随纤维方向的变化规律.采用有限元法分析了不同纤维方向对铺层拼接层合板的力学性能影响,计算表明拼接区的变形复杂,应力集中显著.根据计算数据求出最大应力随纤维偏角的变化关系,通过引入应力集中系数,得到了计算铺层拼接区的最大应力表达式.     

复合材料铺层设计准则的一些理解

该文介绍了复合材料飞机结构铺层设计的一些常用设计准则,特别针对最重要的对称性和均衡性设计准则,基于经典层合板理论进行了分析,同时对其它一些准则也作了一定的解释.     

复合材料正交各向异性裂纹板Kelvin问题研究

给出了正交各向异性弹性板Kelvin解的积分,得到正交各向异性裂纹板的位移场和应力场.     

复合材料等效弹性模量预测方法的改进

进一步探讨Halpain-Tsai修正混合率计算模型及其原理,并对其经验拟合参数q进行理论识别,指出了该参数的力学特征,认为q实质上就是复合材料的界面剪切弹性模量,给出理论证明和几何解释,对比了理论预测值与聚合物混凝土的实验结果.结果表明,利用改进后的预测模型获得的预测值与实验值吻合较好.     

涂层弹性模量的测量方法

弹性模量是一个特别重要的材料参数,经常用来评价涂层（薄膜）的特性,对接触应力场、涂层的剥离、断裂和涂层内部的残余应力状态有重要影响。本文介绍了当前测量涂层弹性模量的方法及其原理,并分析了各种方法适用的涂层范围,为涂层弹性模量测量方法的选择提供依据。     

基于Lamb波混合成像算法的薄板结构损伤定位

针对传统椭圆法和双曲线法对结构损伤定位不精确的问题,提出了一种基于Lamb波的混合成像算法。该算法将椭圆法和双曲线法相结合,在使用相同数量传感器的条件下提高对信号数据的利用率,从而提高损伤定位的精度。通过有限元仿真对该算法进行验证,即建立一个无损伤模型和多个有损伤模型,模拟压电传感器以双面同相的激励方式获得单一模态的Lamb波,从而获得损伤的反射信号。用混合成像算法和传统椭圆法对仿真模型分别进行损伤定位。成像结果对比表明,混合成像算法对损伤的定位更精确,而且在结构有多处缺陷的情况下能检测到传统椭圆法无法识别出的损伤。     

基于比例边界有限元法的Lamb波在板中传播的模拟分析

基于比例边界有限元法对Lamb波在板中遇到多裂纹、内置竖向和横向裂纹以及凹陷时的传播行为进行模拟,在入射波模态为S_0和A_0这2种情况下,改变内置裂纹的开裂角与深度、凹陷的弧度,对反射波的模态振幅进行分析。研究表明,在同一薄板上,不同的裂纹形态对于波形的增幅有所不同。反射波的模态振幅随着裂纹深度与开裂角的增大基本呈增大趋势,Lamb波的激发模态为A_0时,随着板中内置裂纹开裂角的增大,反射波模态振幅的增大效果与激发模态为S_0时相比更为明显。当激发的入射波模态为S_0时,反射波中的模态振幅随着板上凹陷的减缓,减小幅度更大。     

Calculation of the intracellular elastic modulus based on an atomic force microscope micro-cutting system

Better understanding of variations in the mechanical properties of cancer cells could help to provide novel solutions for the diagnosis,prevention,and treatment of cancers.We therefore developed a calculation model of the intracellular elastic modulus based on the contact pressure between the silicon tip of an atomic force microscope and the target cells,and cutting depth.Ovarian cells(UACC-1598) and colon cancer cells(NCI-H716) were cut into sequential layers using an atomic force microscope silicon tip.The cutting area on the cells was 8μm×8μm,and the loading force acting on the cells was increased from 17.523 to 32.126μN.The elastic modulus distribution was measured after each cutting process.There were significant differences in contact pressure and cutting depth between different cells under the same loading force,which could be attributed to differences in their intrinsic structures and mechanical properties.The differences between the average elastic modulus and surface elastic modulus for UACC-1598 and NCI-H716 cells were 0.288±0.08 kPa and 0.376±0.16 kPa,respectively.These results demonstrate that this micro-cutting method can be used to measure intracellular mechanical properties,which could in turn provide a more accurate experimental basis for the development of novel methods for the diagnosis and treatment of various diseases.     

基于复合材料的橡胶颗粒沥青混合料弹性模量预测

为对橡胶颗粒沥青混合料弹性模量进行预估,分别建立单夹杂复合材料两层嵌入式模型和多步骤多相细观力学模型,得到橡胶颗粒沥青混合料弹性模量预测方法,对橡胶颗粒沥青混合料弹性模量进行预测;将弹性模量预测结果与实测结果进行对比分析,研究橡胶颗粒沥青混合料弹性模量影响因素,并对低温条件下弹性衰减进行分析.研究结果表明:该细观力学模型方法是有效的和可靠的,可用于预先评估橡胶颗粒沥青路面在低温下的力学性能和除冰能力;沥青胶浆的弹性模量对橡胶颗粒沥青混合料弹性模量的影响较大,且随沥青胶浆弹性模量的增大而增大;橡胶颗粒用量变化对混合料弹性模量的影响比较大,随着橡胶颗粒用量的增加,混合料弹性模量逐渐减小;在低温下,混合料的弹性模量显著增大,橡胶颗粒沥青路面的除冰效果将大大减弱.     

颗粒增强复合材料有效模量的Voronoi单元有限元法分析

Voronoi单元有限元法在计算多相复合材料时比普通位移有限元法效率高,并且能够反映夹杂分布的随机性.用考虑界面脱层的Voronoi单元有限元法对代表性体积单元进行模拟得到应力场,再用直接均匀化方法进行平均,得到能够反映界面脱层对材料有效性能影响的平均应力-应变曲线和有效弹性模量.利用编写的可以对含任意夹杂代表性体积单元进行大规模计算的程序,对多个模型进行了数值模拟,分析了夹杂的形状、体积分数、空间分布等因素对材料有效弹性模量的影响,结果表明:具有较大有效弹性模量的模型一般在界面处有较大的应力集中,在加载过程中较早发生界面脱层.     

ZrAl4 C4、Zr2 Al4 C5和Zr3 Al4 C6结构、弹性和电子性质对比

采用第一性原理方法,对比研究了Zr-Al-C体系纳米层状化合物ZrAl₄C₄、Zr₂Al₄C₅和Zr₃Al₄C₆的结构、弹性和电子性质,并探寻其规律性。结果表明：从晶体结构角度分析,三种材料均可看作由(ZrC)和(Al₄C₃)两个独立单元以不同比例组合而成,可统一表示为(ZrC)_nAl₄C₃(n=1,2,3),且三者的晶格常数a值近似相等,晶格常数c随着ZrC含量的增大而变大。三种化合物弹性性质中,体模量、剪切模量、杨氏模量的大小关系满足：ZrAl₄C₄< Zr₂Al₄C₅< Zr₃Al₄C₆。通过对三者电子态密度和Mulliken布局分析得到,ZrAl₄C₄、Zr₂Al₄C₅和Zr₃Al₄C₆均具有金属键、离子键和共价键的特征,且Zr-C键强于Al-C键,从微观电子角度解释了在(ZrC)_nAl₄C₃(n=1,2,3)体系中Zr-C键含量越高则对应材料的体模量、剪切模量、杨氏模量等弹性性质越大。本文计算结果与已有实验值和理论值吻合较好。     

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...     

套筒水平灌浆缺陷复灌前后对套筒钢筋受拉性能的影响

为检测灌浆套筒由于灌浆不密实对套筒钢筋的受力影响,设计制作了灌浆率为100％、80％、70％、60％的4组不同的套筒进行了拉伸受力试验来验证缺陷对受力的影响程度.结果表明:无缺陷灌浆套筒连接的屈服强度和抗拉强度均满足标准要求,和钢筋力学性质完全一致.对灌浆率为80％灌浆套筒连接的屈服强度能够满足标准要求,但时最大应力只...