预应力状态下复合材料板冲击响应数值方法研究

考虑初始拉伸应力或初始压缩应力的影响,对复合材料层合板的高速冲击响应进行研究。基于显式有限元方法,引入三维Hashin失效准则模拟层内纤维和基体的损伤和演化过程,结合Cohesive单元模拟层间分离破坏过程,建立数值模型,分析不同冲击能量下的预应力复合材料层合板的冲击响应。数值计算结果表明:预应力状态对冲击变形、冲击载荷峰值、冲击极限速度、分层损伤模式和损伤耗能分布均有影响;总体来说,压缩预应力降低了复合材料层合板的抗冲击性能,而拉伸预应力效果不能下定论。作为复合材料冲击过程的重要影响因素,预应力状态必须加以考虑。     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.     

基于LS-DYNA的复合材料层合板低速冲击损伤研究

结合应力强度理论和粘接域理论,提出一种全新的复合材料低速冲击损伤模型,利用大型动力有限元软件LS-DYNA进行实现,并通过算例的分析,验证了该模型的准确合理性。研究结果为复合材料抗低速冲击损伤提供理论依据。     

复合材料圆角区结构完整性研究

先进复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛,且开始出现在中央翼盒段、机翼等主承力结构上。实际应用中发现,在梁圆角区或者肋根部的倒角区,复合材料极易发生分层破坏,对结构的安全性构成严重的威胁,故复合材料圆角区结构完整性的研究具有重要的意义。使用有限元软件Abaqus,采用三维Hashin复合材料损伤判据,从复合材料圆角区的破坏模式和初始损伤对结构承载能力的影响两个方面对复合材料圆角区进行了分析研究。研究结果表明,该结构型式的主要破坏模式为分层破坏,且破坏起始位置均在靠近内侧厚度的约1/4处;初始损伤的存在对结构承载能力的影响是致命的,可使结构的承载能力降低约75%~80%。     

复合材料结构侧向高速弹丸冲击研究

通过高速弹丸冲击试验研究复合材料层压板侧向冲击的损伤,利用有限元方法建立碳纤维增强树环氧基复合材料的三维冲击失效模型,研究计算高速弹丸侧向冲击载荷下复合材料的失效过程.对比模拟结果与试验结果,发现两者吻合较好.研究发现侧向冲击损伤区域呈半圆状并且上下对称,侧向冲击损伤区域远大于面内冲击损伤区域,损伤模式主要表现为基体的开裂和基体的分层.研究采用的三维Hashin损伤判据与界面单元联合仿真的方法可得到与试验吻合的计算结果.     

复合材料混凝土预应力组合梁的初步研究

提出了一种混杂的由玻璃纤维加劲塑料(GFRP)缠绕混凝土和粘贴预应力碳纤维加劲塑料(CFRP)片材的预应力组合结构梁,通过合理布置不同材料,使得各种材料能充分发挥各自的特长,对预应力组合结构梁进行了初步分析和研究,提出了简单的设计计算方法,并利用“ANSYS”有限元软件进行了计算分析和比较,分析结果表明,文中的计算方法是合理和可靠的。     

冲击载荷下加筋板损伤行为研究

利用Chang-Chang失效准则及Tsai-Wu失效准则建立复合材料加筋板有限元模型,用LS-DYNA软件对其进行低速冲击模拟,研究不同冲击位置对加筋板结构损伤状态造成的影响。通过与实验值相比较,发现该模型可以近似反映加筋板结构的损伤情况。实验及模拟表明：加筋条对层板抗冲击性能的提高有明显的效果;在结构三个不同位置模拟冲击实验后发现,冲击位置离加筋条越近,层板损伤面积越小,加筋条与层板脱离现象越严重;层板损伤平行于加筋条扩展,最终损伤状态呈椭圆形,其长轴指向刚度大的方向。     

冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟分析

为了研究钛合金/碳纤维增强复合材料(Ti/CFRP)层合板结构的抗冲击性能,采用基于三维Hashin准则的VUMAT材料子程序模拟复合材料层合板的损伤失效,采用内聚力单元模拟层合板与钛合金之间的胶层,采用Johnson-Cook本构模型模拟钛合金的塑性变形及失效,建立了Ti/CFRP层合板结构的冲击损伤有限元模型。分别讨论了冲击动能、钛板的厚度及复合材料的铺层角度等因素对层合板结构的抗冲击性能的影响,结果显示增加钛板的厚度可以有效提高层合板结构的抗冲击性能,Ti/CFRP层合板结构承受冲击载荷发生损伤失效时,失效模式以基体失效与拉伸分层失效为主,合理选择铺层角度可以改善复合材料层合板的抗冲击性能。分析结果可为Ti/CFRP层合板结构的设计及工程应用提供参考。     

复合材料液压机偏载预应力下的模态分析

液压机模态分析是整个液压机结构动态设计的核心.通过对YT71S-2400复合材料液压机的模态分析,得到液压机-模具耦合结构在偏载预应力状态下的固有频率和振型,并对该状态下的前10阶模态进行振动特性分析,得出该耦合结构的有害振型及其位置,为液压机整体设计提供动态特性参考.同时,通过该研究还得出了该液压机-模具耦合模型在偏载预应力状态下的最小频率远大于其工作频率,不会产生共振,但处于次声波范围内,需要注意防护可能产生的噪声污染.     

冲击式采煤机冲击部摩擦问题的研究

胶合、咬死现象是高速、重载滑动摩擦副常见失效形式之一。通过对冲击式采煤机冲击部摩擦副之间的胶合失效机理和受力分析研究,提出一些改进措施。     

层压板小质量物体冲击下接触力测量与损伤响应

为了发展复合材料层压板在小质量物体冲击下损伤性能的测试技术,研发了小质量冲击试验机,可模拟自由状态小质量物体产生的冲击,冲击能量可调节,冲击点挠度可测量。通过冲击头加速度和冲击点挠度测量接触力,结果显示,加速度传感器谐振会明显干扰测量信号。采用滤波技术后,冲击头的加速度响应可以有效地测量冲击接触力。用冲击点挠度计算接触力,结果也与试验结果吻合。对层压板进行多个能量下的冲击试验,发现产生明显分层损伤时,由加速度传感器测得的接触力在特定值处明显下降,随后可能继续升高;由冲击点挠度得到的接触力斜率发生变化,这可作为小质量冲击分层阈值力的识别方法。     

高性能航空复合材料低速冲击损伤分析

针对复合材料层合板冲击损伤模拟问题,基于各向异性材料连续介质损伤力学分析法,采用基于应变描述的失效判据来判断损伤,引入材料损伤状态变量对复合材料损伤情况进行描述;并考虑材料的剪切非线性,建立了复合材料层合板在低速冲击作用下的3D非线性连续损伤有限元模型。通过编写VUMAT材料用户子程序可以实现层内各类损伤的判断和演化。使用界面单元模拟层间区域,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。为了更准确模拟试验中层合板的动态响应,有限元模型较为真实地反映了实际的试验条件。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,证明了基于该方法建立的有限元模型的有效性。     

反击式破碎机腔型的数值仿真

为对冲击式破碎机的反击板形状进行仿真研究,建立了板锤一物料的有限元冲击碰撞模型。采用7种不同的物料一板锤相对位置关系。对物料受冲击后的飞行轨迹进行了仿真。根据反击板表面法线应平行于物料飞行轨迹的要求,提出了反击板形状的优化方法。同时,对冲击速度、转子半径、物料尺寸以及物料性质对反击板形状的影响情况也进行了仿真研究,发现冲击速度和物料性质对反击板形状的影响不是很大,而物料尺寸和转子半径对反击板形状的影响较大。     

铜网防护层构型对复合材料层合板雷击烧蚀损伤的影响分析

为探究不同构型铜网防护层对于复合材料的雷击防护效果,基于热电耦合方法建立了含铜网防护层的复合材料层合板模型。首先研究了菱形铜网层合板的抗雷击烧蚀效果,并与试验结果进行对比;随后分别对含菱形、圆形及正六边形3种构型铜网防护层的复合材料层合板进行了雷击仿真模拟,分别施加D、A和A+D 3种雷电流波形,评估了不同雷击分区下的铜网防护效果。研究结果表明：不同几何构型铜网的防护能力有所差异,在2B区域正六边形铜网的防护效果较好,在1A和1B区域菱形铜网的防护效果较好;综合3种电流波形下的平均防护效果,相比未防护层合板,含菱形、圆形及正六边形铜网层合板的雷击损伤分别减少89.1%、81.9%和85.6%。     

基于刚体动力学-离散元耦合数值方法的复合地层盾构滚刀响应

随着盾构机制造技术的不断进步,隧道工程中使用盾构机的情况愈加普遍。滚刀作为一种优异的掘进刀具,在复合地层盾构机中普遍应用。滚刀在使用过程中处于动态滚动状态,离散多元化的岩土体将导致滚刀的动态状态呈现异常状态,从而导致滚刀和岩土体接触面间存在较大的相对滑动速率。在以往的离散元滚刀模拟中,研究者将滚刀设定为固定转速而未实现滚刀的动态滚动过程。本文使用刚体动力学（RBD）-离散元（DEM）耦合的数值模拟方法,实现了在数值模拟中的滚刀动态被动转动,进一步贴近工程实际。本文以强风化岩为破岩对象,模拟分析了不同贯入度、不同运动速度下的滚刀的动态运动过程。基于本文的初步研究分析发现：滚刀存在最优贯入度区间,低于该区间时滚刀不能进入动态转动状态,大于该区间时改善效果不明显且增大滚刀受力;滚刀启动时受到的扭矩先随滚刀运动而升高,到达某一峰值点附近后开始下降,随后在零值附近波动;滚刀启动峰值扭矩和运动速度正相关;滚刀达到峰值扭矩的时间和运动速度负相关。本文的研究手段可为相关研究者提供参考,本文的研究结果可为盾构刀盘刀具设计及盾构机的操作提供参考。     

流体力学雷诺实验的数值模拟的研究

以雷诺实验为例,采用计算流体力学CFD软件进行模拟,建立了相应的物理和数学模型,得到了流体质点的流线。结果表明,速度在小于0．008m／s时,模拟结果显示流态为层流,速度大于0．015m／s时,流态为紊流。     

板料成形数值模拟的过程研究

讨论了板料成形数值模拟方法的一般步骤及零件工作参数的确定方法.应用DYNAFORM软件分析了底壳件的成形过程,预测了零件可能产生起皱和破裂的部位,提出了消除和减少起皱及破裂的工艺改进措施.     

控制系统动态特性精细积分数字仿真

应用指数矩阵的精细积分方法研究了用状态方程或传递函数阵表达的系统的动态特性数字仿真问题,推导了在典型激励函数如脉冲、阶跃、斜坡信号等作用下控制系统状态变量及输出变量矩阵形式的离散计算公式,给出了仿真算法,从仿真实例看到,当步长Ｔ＝０．５ｓ时,精细积分数字仿真结果与解析解的数值结果相同,当Ｔ＝８ｓ时,两者的结果在小数点后１２位完全相同,表明了控制系统的动态特性精细积分数字仿真方法具有高度准确的特点。     

车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶强度试验及数值模拟

对压缩天然气燃料汽车气瓶进行水压试验,考核其承压部件的强度,同时进行爆破试验,以确定其最小爆破压力和爆破部位.考虑了复合材料各向异性以及气瓶封头处纤维缠绕厚度变化的特点,采用有限元分析软件对车用压缩天然气全缠绕铝内衬复合气瓶在预紧压力、0压力、工作压力、水压试验压力和最小爆破压力作用下的应力分布情况对比国外相应标准进行了分析和研究,预测出该气瓶的实际爆破压力.结果证明,有限元分析的结果与实际情况吻合得较好.     

数控仿真车床在职业教育中的应用研究

简要介绍数控仿真车床的发展现状,对数控仿真车床在课堂理论与实践教学以及在职业技能培训中的应用状况进行研究,发现数控仿真车床在使用中存在一些问题,并针对这些问题提出相应的改进措施,以便在教学中高效、正确地使用数控仿真车床.