一种复合材料螺栓连接强度三维分析方法

本文的重点就是分析一种特征曲线法,一种基于复合材料三维的应力分析,目的就是为了计算复合材料螺栓连接件的迁都问题。该方法与基于二维应力分析的特征曲线法相比,可以考虑螺栓拧紧力矩对接头强度的影响。通过对算例的分析及与试验结果的对比,证明本文提出三维特征曲线法是可用于复合材料螺栓连接强度分析,是一种适合工程计算的有效方法。     

复合材料多钉连接数值计算方法研究

为了研究复合材料多钉机械连接特性,本文对板与螺栓进行受力分析,考虑连接板对螺栓产生的弯曲效应,建立适合于复合材料连接钉载分配的有限元计算方法。并从载荷-位移曲线方面对其进行比较验证,结果表明,相比传统方法该方法能更精确地反映复合材料连接的实际特征。采用本文建模方法进一步研究了板与螺栓间的弯矩随厚度变化情况。最后使用MSC.Patran二次开发语言PCL编制相应程序,使用模块化方法实现本文数值计算方法的快速应用分析。     

城轨车辆车钩螺栓连接仿真及强度分析

采用整体建模的方法,建立城轨车辆车钩螺栓连接有限元非线性接触模型进行强度分析,仿真分析结果表明,螺栓螺纹部分最大应力与理论计算结果吻合,有限元仿真模型能真实模拟螺栓连接;提取极限载荷下螺栓的轴向拉力,运用VDI 2230—2003标准对螺栓的拉伸强度进行分析,并和传统机械设计方法的螺栓强度分析结果进行比较,两种方法的螺栓拉伸强度均满足要求,为车钩螺栓连接设计提供了理论依据.     

基于改进卷积神经网络的航空发动机剩余寿命预测

完成了不同拧紧力矩下复合材料层合板与金属板单钉连接拉伸静强度实验。建立了三维有限元模型,对层合板失效过程进行了分析。基于实验数据调整了层合板初始刚度,对数值模型进行了修正。修正后数值计算模型的连接强度与实验数据基本吻合。由分析可知,拉伸实验曲线达到强度极限前呈现近似双线性特征,斜率突变处发生了载荷衰减波动。试件接触面经历了初始静摩擦-瞬时动摩擦-静摩擦平衡的动态过程。M6螺栓拧紧力矩为8 N·m时,静载拉伸强度最大。连接强度的试验值与计算值误差均在6.7%以内。合适的拧紧力矩可获得最佳的连接强度,拧紧力矩过大会导致连接强度降低。     

复合材料层合板机械连接失效分析及铺层优化

介绍了一种复合材料层合板单钉连接的有限元简化模型，并基于这种模型对5种不同铺层比例的层合板进行计算分析。对计算所得应力结果采用Tsai-Wu判据进行失效判断，并绘出强度比曲线进行分析，得出其中最优的铺层比例方案。通过与实验结论的比较，验证了这种方法的有效性。根据强度比曲线分布，分析铺层比例对层合板机械连接强度的影响规律，并由此得到提高层合板机械连接强度的方法。最后通过一个例子说明了这种铺层优化方法的有效性。     

复合材料层合结构的热和力学分析

针对复合材料层合结构的热和力学分析提出了一种多层相对自由度壳元。整个分析过程可以在同一套有限元网格下实现。该单元基于三维有限元提出,易于与三维实体单元连接。采用了一种应力后处理方法以准确计算复合材料旋转壳体中的横向应力。两个数值算例说明了程序的可靠性。分析了受热载荷作用的带开孔和补强的复合材料圆柱壳,结果显示当补强层与面板的热膨胀系数相差过大时,孔边会存在较大的层间应力,可能会导致分层破坏。     

复合材料螺接修理层压板剩余强度评估

复合材料结构修理是飞机复合材料结构全寿命周期中不可或缺的重要环节。螺接修理传递载荷大,操作简单,易于外场实施。快速估算螺接修理结构的剩余强度,有助于修理参数优化及修理方案的设计。采用基于子模型法的有限元数值分析方法,快速预估螺接修理层压板结构的承载能力。模型中复合材料层压板和金属补片用壳元模拟,螺栓用梁元模拟,采用多点约束技术模拟螺栓与螺栓孔的接触。在整体模型应力分析的基础上,选择高应力区建立子模型,提出0°层点应力准则判断层压板是否破坏,根据粱元剪力的大小用工程方法评估螺栓的强度。分析表明,分析方法建模简单、计算周期短、分析结果与试验结果误差在5%以内,可以满足工程设计和分析要求。     

基于临界平面法的复合材料多轴疲劳损伤参量研究

基于临界平面方法，提出一种用于纤维增强复合材料的多轴疲劳损伤参量，研究了复合材料多轴疲劳损伤特征．同时设计出一种缠绕复合材料管状试样，进行了拉扭双轴疲劳实验研究．根据双轴载荷条件下管状试样的应力-应变分析及双轴疲劳实验结果，绘制出了基于临界平面的多轴损伤参量与疲劳寿命关系图，可对不同缠绕角的复合材料疲劳寿命进行预测．结果表明：与传统的应力-寿命预测曲线相比较，新的疲劳损伤参量更适合于复合材料的多轴疲劳研究，计算结果与实验结果吻合较好．     

大振幅比直孔型指数形变幅杆

为了降低直孔型指数形变幅杆加工成本,满足应力加载下的实际应用并追求大的放大系数,提出了用螺栓连接的直孔型指数形变幅杆.推导并计算了变幅杆的频率方程和放大系数;有限元法分析了在谐振状态下,螺栓连接的直孔型指数形变幅杆的位移和应力分布曲线.结果表明,在谐振频率和外形几何尺寸相同时,螺栓连接的两段直孔型指数形变幅杆的放大系数比实心变幅杆大,比直孔型指数形变幅杆略小,且应力曲线基本光滑,可以用于实际的超声加工.     

边坡稳定的三维有限元直接搜索法

提出了一种基于三维有限元应力场计算边坡安全系数与直接搜索临界滑裂面的新方法.对临界滑裂面上的应力分布直接使用三维有限元计算的应力结果,并且直接利用三维有限元的单元体网格面作为滑移面搜索网格面.鉴于有限元单元体网格和图的直观相似性,可以把网格抽象成图,通过引用动态规划中最优化思想搜索临界滑裂面.以三维均质边坡为例,通过三维极限平衡法、三维强度折减法与本文方法的对比分析,验证了本文方法的正确性与合理性.     

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。     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

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。     

金属和复合材料单钉接头变形与失效分析

采用大型有限元软件ANSYS的参数化编程语言APDL,编写了金属和复合材料层压板紧固件连接三维建模和损伤失效分析程序。模型考虑了连接区复杂多面接触、预紧力、摩擦力和紧固件变形,采用了复合材料分区失效退化。进行了两种铺层单钉双剪连接件拉伸试验,记录从开始加载到最终失效过程中连接件的载荷-变形位移曲线(P-δ曲线)和破坏强度。计算预测结果和试验结果在P-δ曲线、破坏模式和拉伸强度上取得了很好的一致。     

不同工况下螺栓连接梁有限元仿真分析与强度校核研究

为研究螺栓连接梁在不同危险工况下的结构强度及安全性,本文采用了仿真和理论相结合的方法,对受偏心载荷的螺栓连接梁危险工况进行综合分析。并针对仿真结果中应力较大的螺栓部分采用了建立子模型的方法进一步仿真分析,以确保横梁结构安全可靠。使用了力线平移定理对横梁所受载荷进行简化,并对横梁进行强度校核。研究结果表明：（1）横梁在危险工况下各结构均满足强度要求,且不同危险工况对横梁结构的变形及应力影响较小;（2）螺栓预紧力是导致螺栓结构产生较大应力的原因,而外载荷对螺栓结构的影响较小;（3）在忽略螺栓结构对横梁结构的影响后,横梁强度校核结果与仿真结果近似相同,且均满足材料的强度要求。综上所述,通过仿真分析及理论强度校核均可证明该螺栓连接梁在各工况下均能满足强度需求。同时该研究也为后续研究该类型横梁提供一定的仿真及理论依据。     

局部载荷对螺纹根部应力分布的影响

应用有限元方法分析了螺栓螺纹根部轴向应力分布情况，结果表明螺母与被联接件接触面附近的螺纹根部应力最大；重点研究了由接触载荷所产生的局部弯曲应力对螺栓疲劳强度的影响；在此基础上提出了有效降低螺纹应力集中，提高螺栓疲劳寿命的4种新型螺母，其中三次曲线螺母使应力集中降低26．61％。     

螺栓连接组合梁的弯曲计算

由于螺栓连接组合梁的弯曲是一个静不定问题,一些文献把螺栓连接组合梁弯曲作为静定问题来处理,有时会导致螺栓连接组合梁叠层梁弯曲应力、弯曲挠度、螺栓剪力的计算结果存在很大的误差。本文按静不定问题研究了螺栓连接组合梁弯曲变形,导出了螺栓连接组合梁弯曲的弯曲应力、弯曲挠度、螺栓剪力计算公式。通过有限元法及实验验证了把螺栓连接组合梁弯曲作为静不定问题处理是正确的。     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法

螺栓强度直接决定滚轮滚针轴承工作载荷。而注油孔结构设计参数是影响螺栓强度的主要因素之一。针对这一问题,以螺栓最大应力和变形为优化目标,提出了滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法。首先,基于三维建模软件,建立了滚轮滚针轴承参数化模型;然后,运用有限元方法,提出了滚轮滚针轴承整体有限元仿真模型,分析了注油孔设计参数对螺栓强度的影响规律;最后,采用响应面分析方法,建立了以螺栓最大应力和最大变形最小为优化目标的滚轮滚针轴承多目标优化模型,结合工程实际,获得了螺栓注油孔孔径的最优化设计参数。仿真结果表明,优化后的滚轮滚针轴承螺栓关键位置的最大应力和最大变形均有所改善,验证了所建立的滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法的有效性。     

基于蠕变试验的冻结红砂岩长期强度

人工冻结法以其独特的优势广泛应用于西部建井工程,因此研究岩石在冻结状态下强度特性尤其重要,基于冻结红砂岩蠕变试验,分别通过过渡蠕变法、等时应力-应变法、裂纹损伤应力法、稳态蠕变速率交点法得到冻结砂岩长期强度。结果表明：（1）通过过渡蠕变法可以得到冻结砂岩长期强度的取值范围,约为三轴压缩强度的45~65%左右;（2）体积应变等时曲线簇更加能够体现时间对岩石变形的关系,长期强度约为三轴压缩强度的48%左右;（3）稳态蠕变速率法能够较为简单的确定岩石长期强度,但因其方法本身具有一定的局限性,综合考虑三向蠕变速率,对其改进得到稳态蠕变速率交点法,可以更加精确反映砂岩强度,长期强度约为三轴压缩强度的49%左右;（4）引入裂纹体积应变计算方法,根据其与时间的关系得到裂纹体积应变等时曲线簇,得到的强度值与等时曲线法及其相近,因此裂纹损伤应力法也可作为确定岩石长期强度依据。将冻结红砂岩的长期强度作为监测冻结壁变形的标准,可为评价冻结壁蠕变诱发失稳破坏提供理论支撑和试验依据。