基于双线性损伤本构的复合材料修理后强度数值分析方法

针对胶接挖补修理后复合材料结构的强度分析,建立了同时考虑复合材料和胶层损伤状态的三维有限元分析模型。采用混合型损伤内聚力模型模拟胶层的脱黏失效行为。建立基于损伤力学的复合材料三维双线性本构关系,量化损伤程度;并编写为有限元软件ABAQUS的材料子程序VUMAT。通过数值计算对结构强度和损伤过程进行预测。分析实例的计算结果与试验吻合得较好,验证了分析方法的有效性。     

考虑层间应力的复合材料层压板静强度分析

构建了由刚性元、弹簧元和二维板元构成的准三维有限元模型,发展了一种考虑层间应力的、多向层压板静强度分析方法,包括应力分析、失效分析及材料性能退化三个主要部分,能够模拟面内和层间损伤产生、发展直至层压板整体破坏的完整过程,并得到强度值.对两种复合材料层压板进行了实际计算,静强度预测结果与试验结果吻合较好,同时预测并给出了损伤的分布及其在不同载荷下的演变过程.     

纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测方法

针对纤维增强复合材料层压板的疲劳寿命预测问题,提出了一种将理论与仿真、单向板与多向层压板紧密结合预测疲劳寿命的方法.基于几组碳纤维/树脂基T300/QY8911单向板在循环应力加载下的疲劳试验数据,通过灰色系统GM(1, 1)模型,建立单向板的疲劳寿命模型和损伤函数.与传统的最小二乘法拟合相比,该方法提高了预测精度.通过有限元方法对层压板进行应力分析、失效分析和材料性质退化.将失效分析的结果与建立的单向板疲劳寿命模型和损伤函数结合,从而来计算多向层压板的疲劳寿命和损伤.通过与实验数据及其他预测方法的结果对比,该预测方法降低了疲劳寿命预测相对误差,且与实验结果吻合较好.     

含填充孔复合材料层压板极限压缩强度分析与预测

基于复合材料层压板与填充螺栓之间的载荷分配情况,提出一种估算含填充孔复合材料层压板压缩极限强度的方法。利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件,建立考虑界面接触的有限元模型。分析了层压板刚度和螺栓刚度对载荷分配系数的影响规律,界面单元应力表明层压板与螺栓之间接触力分布为余弦函数形式。同时,开展了三种铺层T700/LT—03A碳纤维复合材料层压板开孔和填充孔极限压缩强度试验。试验结果表明,含填充孔层压板压缩强度较开孔压缩极限强度提高约30%左右。与试验结果相比,方法的预测值较为保守,且预测误差小于5%。此外,对文献中的T800/3900—2层压板试验数据进行分析,预测误差小于5%,说明该方法能较好地预测含填充孔复合材料层压板压缩极限强度,具有一定的工程应用意义。     

营运船舶总纵剩余强度评估和预报

提出对营运船舶受损船体剩余强度评估和预报的方法,即在实船现场测得剩余厚度并对其统计分析,据此进行船体剩余强度评估和预报,通过对现存舶数值分析得出一些有价值的结论。     

基于渐进损伤理论的复合材料挖补修理结构静拉伸强度数值分析

为研究复合材料挖补修理结构的性能,依据三维渐进损伤理论,使用ANSYS软件建立了复合材料挖补修理模型,根据Tserpes失效准则分析模型中单元的破坏情况,模拟了材料失效时的损伤扩展过程,对挖补结构的静拉伸失效强度进行了预测,并探究了挖补尺寸、胶层厚度和挖补角度等参数对静拉伸强度的影响。其中在挖补角度分析中,分别研究了挖补孔上、下表面尺寸一定时挖补角与强度的关系。结果表明,挖补结构的挖补孔越小,胶层厚度越薄,修复效果越好。挖补角度较大时,胶层会提前发生失效,使修补结构失去完整性,所以挖补角选择4°～6°为宜。     

含裂纹AL2024薄板剩余强度和剩余寿命的影响因素研究

机械构件在使用的过程中难免会造成各种裂纹缺陷。为了保证含裂纹结构的使用安全,本文基于韧性断裂准则和最大周应力准则建立了含裂纹结构的剩余强度和剩余寿命的分析模块。利用上述分析模块探索了裂纹深度和裂纹倾斜角对含裂纹AL2024铝板剩余强度和剩余寿命的影响能力,并利用回归分析分布拟合出了剩余强度和剩余寿命的表达式。研究结果表明：剩余强度和剩余寿命的分析模块准确可靠;剩余强度随裂纹深度和裂纹倾斜度成指数变化,裂纹深度从15 mm增加到40 mm,裂纹倾斜角从60°减小到0°过程中,剩余强度从249.50 MPa减小到79.78 MPa,说明从剩余强度上讲深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大;剩余寿命与裂纹深度和裂纹倾斜角也成指数关系,在研究范围内随裂纹深度的增大和裂纹倾斜角的减小剩余寿命从148871减小到4481,说明从剩余寿命上讲深裂纹和小倾角裂纹危害较大。研究结果表明深裂纹和小倾角裂纹对结构危害较大,在周期性检查过程中要特别注意;同时该方法对于结构剩余强度和剩余寿命的评估提供了有益的参考。     

油气管道剩余强度有限元模拟分析及剩余寿命预测

腐蚀是油气长输管道安全运行的消极因素,研究腐蚀的发展规律,确定腐蚀管道的剩余强度并以此为基础预测管道的剩余寿命,对管道运行与维护具有重要意义.以某在役管道为研究对象,借助有限元分析软件ANSYS对管道的腐蚀过程进行了模拟,得到了管道在未来确定时间的剩余强度;根据相关标准规定的失效准则,确定了管道的剩余寿命;预测了管道在未来某一时间的运行可靠性.研究结果对管道运行与维护补强措施的制定具有指导意义.     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据,建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型,并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果,预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板,基于层间应力的计算结果,用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤,层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后,层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。     

基于准三维有限元模型的复合材料层合板强度预测

构建能够求解三维应力的准三维有限元模型,进行基于渐进损伤的复合材料层合板强度预测。此方法能够合理地反映铺层次序和层间应力对最终失效强度的影响,形象地展现面内损伤以及层间损伤的产生及其扩展过程。用此方法模拟了多种铺层的无缺口层合板和带孔层合板在面内拉伸载荷作用下的损伤过程,并进行强度预测。计算结果表明,拉伸强度的预测值和实测值吻合较好。     

有限元法在腐蚀管道剩余强度研究中的应用

本文首先在吸收和借鉴国内外在腐蚀管道评估方面所取得的研究成果的基础上,为了克服现存各种评估方法的局限性,得到更符合工程需要的评估结果,文中重点用有限元方法对腐蚀管道的剩余强度进行了分析评估,分析采用了线弹性有限元模型,考虑了几何非线性和材料非线性。通过把有限元分析的结果和现存的准则及试验结果进行比较,有限元法与其他方法相比具有明显的优势,它可以尽可能的不简化或少简化模型,能较准确的模拟管道实际受力状态。表明用有限元分析得到的结果具有很高的准确度,并证明了现存评估方法的保守性。分析得到的结果可为工程实际提供参考。     

缝纫对复合材料层合板分层屈曲的影响

基于包含若干分层的缝纫复合材料层合板在面内压缩载荷作用下发生屈曲破坏的机理,即厚度方向上的缝纫线被拉断,把缝纫线的极限伸长率作为层合板屈曲破坏的控制参数,采用能量的方法建立了用于预测缝纫复合材料层合板屈曲强度的理论模型.采用最小势能原理计算了缝纫及未缝纫复合材料层合板的屈曲强度.在此基础上,定义一个缝纫增强比,用一个算例证明了缝纫复合材料层合板较未缝纫复合材料层合板有更高的屈曲强度.研究了缝纫参数(包括缝纫线直径,缝纫针距和行距)对缝纫复合材料层合板屈曲强度的影响.     

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.     

Progressive Failure Simulation for Damaged Composite Laminates Using Nonlinear Finite Element Method

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅｉｓｍａｉｎｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｆｉｂｅｒ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｉｓｌｉｎｅａｒｆｏｒａｗｉｄｅｓｔｒａｉｎｒａｎｇｅ，ｂｕｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｉｎｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｈｅａｒｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒ．ＨａｈｎａｎｄＴｓａｉ［１］ｉｎｖｅ…     

冲压连接接头拉剪强度的有限元分析

本文针对冲压连接接头拉剪强度的数值模拟方法进行研究。对0.7 mm低碳钢 0.7 mm低碳钢以及 1 mm低碳钢 1 mm低碳钢板冲压连接接头的剪切拉伸过程建立有限元模型,采用数值模拟的方法分析了冲压连接接头的拉剪强度及失效形式。并且通过试验过程验证有限元模拟结果的可靠性。在确定有限元模型可靠的情况下,分析了冲压连接接头处的网格尺寸以及冲压连接接头的嵌入值对冲压连接接头的影响。研究结果表明：有限元模拟结果与试验结果吻合良好;合适的网格尺寸能够在优化计算时间的同时得到可靠的计算结果;冲压连接接头的拉剪强度受上板嵌入值影响。     

具有可变形剪切连接件的连续复合梁的结构行为

对原型双跨复合梁的结构行为给出了详细的有限元研究．由于基本上认为剪切连接件是非刚性的,在高等有限元模型中采用弹簧单元可以将它们的非线性荷载一滑移性质考虑在内．对各种原型双跨复合梁进行了参数研究,并提出了主要的研究结果．主要的结构参数包括剪切连接件在正弯矩和负弯矩区域内的变形韧性和变形程度．总共比较和讨论了9个具有不同类型和剪切件数目的复合梁的结构行为,对目前的设计缺陷进行了鉴定．由于提出的有限元模型对详细调查复合梁的结构行为非常有效,有效地利用所提出的模型将对更具有改善结构精度和效率的细化设计准则的发展有帮助．     

大型挂载起吊系统特种螺栓强度分析

通过建立挂载起吊系统力学模型,并采用有限元分析方法对系统进行计算,得出特种螺栓应力分布以及系统各部件之间接触面积关系。分析结果表明螺栓强度满足使用要求,螺栓预紧力对螺栓强度影响较大,圆筒重力载荷对螺栓强度影响较小,但螺栓存在严重的偏载现象。此外,对挂载螺栓进行分组起吊实验,观察各组螺栓的变形情况。结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好。     

带预制空心板的半刚性复合节点的弯矩和转动能力预测方法

对带预制空心板的复合梁-柱节点结构性能的研究目前是新颖且无暂行的可用来预测其弯矩和转动能力的计算方法．在本文中,在足尺度测试和参数分析的基础上,提出了预测该类型复合节点的弯矩和转动能力的设计公式．对所提计算方法和足尺度测试结果进行了对比,结果吻合良好．