波纹型复合材料蒙皮拉伸变形特性研究与仿真分析

首先介绍了国内外变体机翼和蒙皮结构的研究现状,提出了满足变体机翼蒙皮连续光滑以及大变形需求的波纹型复合材料蒙皮结构。建立了复合材料的密度、各相所占体积分数以及各向弹性模量的计算表达式。根据计算结果利用MSC.Patran/Nastran进行了有限元仿真分析。制备了平板型和波纹型蒙皮试验样件,并进行了样件拉伸试验。最后将仿真结果与拉伸实验进行了比较和分析,验证了仿真模型的正确性与波纹型蒙皮的大变形能力,为进一步的实验研究与蒙皮优化提供了依据。     

变体机翼单向变形柔性蒙皮理论与实验研究

变体飞行器要求蒙皮在变形过程中具有一定的柔性以满足在特定方向大变形的需要,同时需要具备承受气动载荷的能力。以变弯度机翼为背景,研究了采用纤维增强弹性体方法制备的具有一维单向大变形能力的0泊松比柔性蒙皮。首先依据变形体理论给出了该柔性蒙皮结构的基本假定,然后采用增量关系对蒙皮非线性力学特性进行分析,建立了基于增量关系的理论模型;并通过试验对理论模型进行验证。结果表明,采用纤维增强弹性体方法设计的蒙皮具有高度的各向异性(两方向弹性模量的差距大于10~4数量级),同时在变形量不大于40%的条件下,具有稳定的应力应变关系,大变形方向弹性模量小于0.3 MPa。研究表明,纤维增强柔性蒙皮可部分满足单向拉伸变形的需要。     

柔性表皮及蜂窝支撑结构面外变形机制

变体飞行器可根据任务需求,自适应地改变气动布局,从而获得最优的飞行品质。由柔性表皮及蜂窝支撑结构复合而成的柔性蒙皮是实现变体飞行器构型变化的关键结构形式之一。但由于泊松效应的影响,柔性蒙皮在变形中易产生“凹陷”和“鼓包”等面外变形模式。为此,首先研究了弹性模量、泊松比、表皮厚度、孔格尺寸、蜂窝构型等对面外变形的影响规律。然后基于孔格填充法,分析了填充物与蜂窝壁在粘接良好和未粘接状态下的变形特性。研究表明：柔性蒙皮的面外变形与相关参数并非都呈现出线性变化关系;在蜂窝孔格内填充弹性材料,可抑制柔性蒙皮的面外变形,但填充材料是否与蜂窝壁粘接良好,对柔性表皮面外变形影响较大,在工程设计时,需重点关注。     

板芯脱黏损伤对复合材料蜂窝夹层结构振动特性的影响

板芯界面脱黏是复合材料蜂窝夹层结构最常见的损伤,对其开展振动分析具有科学价值和工程意义.基于蜂窝芯材的细观构造,利用有限元软件ANSYS建立了复合材料蜂窝夹层结构的有限元模型,研究脱黏损伤的尺寸和位置对振动特性的影响.结果表明:脱黏损伤使蜂窝夹层结构的固有频率降低;损伤尺寸越大,固有频率越低;损伤位于结构中部时4阶固有频率最低,其余各阶固有频率随着损伤越接近固支端而越低;损伤尺寸和损伤位置对不同阶振动模态的影响程度不同.研究方法和结论为此类结构的损伤检测以及损伤容限设计与分析提供了必要的参考依据.     

组合柔性结构的结构特征对其变形特性的影响

对柔性铰链与杆组成的组合柔性结构的结构特征进行了研究,认为柔性铰链与杆二者的厚度比、长度比是影响组合柔性结构变形特性的两个特征参数.以一组不同结构尺寸的组合柔性结构为例,分别采用有限元法与伪刚体模型法对其变形进行对比,分析了组合柔性结构的厚度比、长度比对其变形特性的影响;根据特征参数不同取值对组合柔性结构变形特性的影响结果,对组合柔性结构进行了分类.     

蜂窝结构在面内剪力作用下的变形模式

本文建立了等壁厚与非等壁厚蜂窝结构在面内剪力作用下的变形模式,导出了等壁厚与非等壁厚蜂窝结构的面内折合剪切模量G_(xy)的计算公式。     

考虑蒙皮效应的高层结构有限元分析

文章将蒙皮效应引入高层钢结构的计算分析中 ,对结构各组成部分进行有限元分析。在分析过程中将压型钢板等价为正交各向异性平板 ,并对其引入壳体概念。在推导单元刚度矩阵时 ,着重阐述了压型钢板等效剪切模量的形成。最后通过算例 ,将计算结果与参考结果相比较 ,充分验证了蒙皮效应在高层结构中可有效控制建筑物的侧移     

柔性结构非线性分析的杆单元有限元法

本文根据非线性弹性理论，采用拉格朗日坐标描述法，在三维整体坐标系下，直接根据应变的定义建立了精确应变的非线性几何关系．从而可以考虑任意次高阶位移的影响，得到了轴向应力应变的直接关系，根据虚功原理推导了杆单元非线性有限元增量方程及切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算．结果表明本法精度很高，适合于柔性结构分析、设计时采用．     

柔性杆梁结构振动主动控制的有限元分析

基于结构的有限元模型，用分段压电片作为控制执行器，利用线性二次优化法，由Ｒｉｃｃａｔｉ方程求出反馈增益矩阵及反馈控制力，并由此对系统（悬壁梁主体结构）实施的主动控制进行了有效地计算机模拟。     

重型燃机蜂窝结构真空钎焊工艺技术研究

重型燃机上蜂窝结构的钎焊采用了新钎料B-Ni73CrSiB-40Ni-S(ВПр11-40Н)。本项目针对重型燃机上蜂窝结构的特点,开展了用新钎料钎焊不同材料(GH536与1Cr18Ni9Ti、GH4708和K4104)的钎焊接头性能测试,通过研究确定了蜂窝结构的钎焊工艺程序和工艺参数,钎焊的蜂窝结构零件满足技术条件要求。     

空间等参拟协调元在复合材料层压结构中的应用

本文将一空间等参拟协调元推广到复合材料层合结构的分析中,该单元既可作为块元又可视为层合板元,且特别适用于变厚度的复合材料层合结构的分析.数值实例计算表明,该单元用于薄层合板时无剪切自锁现象,有良好的计算精度和效率.     

复合材料叠层板弯曲问题有限元分析

通过“单体检验”并以“自由公式”为基础的任意四边形,考虑剪切变形的板弯曲单元体为出发点,并采用等参数平面应力单元而构造了一种新型的复合材料叠层板弯曲单元体。数值结果表明此种单元得到的数值解与精确解误差很小,证明了此种单元的优越性能。     

复合材料蜂窝夹芯板挖补修理后的侧压性能

 对3种方法修理后复合材料蜂窝夹芯板的侧压性能进行:实验研究.实验结果表明,不同修理方法均可有效地恢复试件的侧压强度,所有试件的侧压强度恢复率均在完好板强度的79%以上.其中,初始损伤最小的蜂窝夹芯板有最高的强度恢复率,此外非对称的修理设计会导致附加弯矩,从而对结构承载能力造成不利的影响.在实验基础上建立三维有限元模型对修理后蜂窝夹芯板的侧压性能进行研究,数值模型得到的结构刚度、极限载荷与破坏模式均与实验结果吻合良好,为复合材料蜂窝夹芯板的修理设计提供了可靠的数值方法.     

复合材料蜂窝夹层与长桁加筋形式在翼面类结构上的对比选用

从飞机翼面类结构选型设计的角度出发,在等重量基准下,比较了蜂窝夹层和长桁加筋的壁板形式对于翼面主要载荷的承载能力。主要通过工程算法,计算分析了两种壁板结构形式下翼面整体的抗弯能力和局部弯曲刚度,并从复合材料层压板厚度、蒙皮宽度、翼型高度分类对二者承载能力做了比较。得到结论:对于翼型高度低、层板厚度小的次承力翼面结构(如活动面等),蜂窝结构的局部抗弯结构效率一般要高于长桁加筋结构。对于翼型高度高、层板厚度大的主承力翼面结构(如外翼盒段、中央翼等),长桁结构的局部抗弯结构效率一般要高于蜂窝结构。     

卫星结构蜂窝夹层板的等效计算

在利用MSC／NASTRAN对卫星结构进行有限元计算时，必须对蜂窝夹层板进行预先的等效处理，等效处理的合理与否将直接影响到计算结果的可信度．为此，研究了3种不同的等效方法，即三明治夹心板理论、蜂窝板理论以及等效板理论，其中三明治夹心板理论方法只对蜂窝夹芯进行等效，而蜂窝板理论和等效板理论方法则是对整个蜂窝夹层板进行等效．分别采用这3种等效方法，对某铝蜂窝夹层板的2种工况进行了模态分析，并将计算结果进行了比较．结果表明，运用等效方法的计算结果非常接近于解析解，证实了等效处理方法的合理性和正确性．     

基于复形调优法的复合材料身管优化

通过结构优化设计可以获得重量轻刚度好的复合材料火炮身管。根据设计要求,建立复合材料身管结构优化模型,以各层材料厚度和复合材料层的缠绕角为优化设计变量,身管强度和重量为约束条件,身管刚度为优化目标。结合有限元计算模型和复形调优法,建立复合材料身管结构优化的求解框架,并进行了编程求解。优化算例表明,复合材料身管在满足强度和减重要求的条件下,一阶固有频率提高了12．14％。     

薄蜂窝复合材料夹芯结构侧压性能研究

对不同构型薄蜂窝复合材料夹芯结构侧向压缩响应进行了试验研究,研究参数包括芯材高度、芯材密度和面板刚度。结果表明,蜂窝芯材高度严重影响蜂窝结构失稳载荷和峰值载荷,而上下面板的刚度不对称性会严重降低失稳载荷却对峰值载荷影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构的整体破坏过程与芯材密度、芯材高度均有关系,而受刚度不对称性影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构在侧向压缩载荷下的主要失效模式是蜂窝芯材剪切破坏,通过高速摄像机对蜂窝局部进行观察,发现失效起始于单个蜂格的剪切破坏,导致其高度降低,继而引起上下两侧蜂格破坏,并且迅速扩展到上下约3个蜂格,导致载荷突降。若继续加载,破坏继续向两侧蜂格扩展,且载荷基本不变。