缠绕复合材料固化残余应力分析

本文利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示：缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

缠绕复合材料结构固化残余应力的数值计算

利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示:缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

水泥混凝土路面板早龄期固化性状数值分析

基于水泥混凝土路面板早龄期力学仿真,开展夏季不同施工时段、边界约束对面板固化性状的影响研究.结果显示,施工季节、昼夜温差、结构约束等显著影响固化翘曲和残余应力.面板早龄期存在典型的板角向上固化翘曲和不对称翘曲模式,面板28 d残余应力主要为板顶受拉形式.接缝约束显著减小约束边板角翘曲,增大面板板顶残余拉应力分布面积,应...     

长纤维局部增强铝合金中的宏观残余应力

采用钻孔法测定了长纤维局部增强的铝合金试样中增强区与非增强区之间的宏观残余应力,利用有限元法对此进行了模拟计算.结果表明:增强区与非增强区之间存在着明显的宏观残余应力,但分布很不均匀.在增强区和非增强区大部分区域,残余应力并不大,而宏观边界附近的非增强区以及增强区的局部存在高残余拉应力微区.在50%纤维局部增强的试样中...     

正交各向异性板带有一般孔形时应力分析

采用复变函数方法研究面内均布荷载作用下带孔正交各向异性板的应力解析解.对含一个正六角形孔或不规则孔的无限平板进行分析,得到不同工况下(纤维角度、外荷载方向)孔边及部分孔外域的应力分布规律.结果表明,当单向荷载作用方向与孔边尖点指向垂直时,若正交各向异性板的纤维按0°和-90.0°布置,最大切向应力发生在孔边,并且位于尖点位置,但随着纤维角度的旋转,孔边的最大应力点逐渐偏离尖点,并且最大应力值也逐渐降低;因此,正交各向异性板的应力集中可以通过调整材料的纤维方向来改善.除此之外,当单向均布荷载σ的作用方向与坐标轴平行时,该坐标轴与孔边界交点的切向应力均为-σ.     

水泥混凝土路面板早龄期固化性状数值分析研究

基于水泥混凝土路面板早龄期力学仿真,开展夏季不同施工时段、边界约束对面板固化性状的影响研究。研究显示,施工季节、昼夜温差、结构约束等显著影响固化翘曲和残余应力。面板早龄期存在典型的板角向上固化翘曲和不对称翘曲模式,面板28天残余应力主要为板顶受拉形式。接缝约束显著减小约束边板角翘曲,增大面板板顶残余拉应力分布面积,应力峰值影响较小。研究提出零平均应力温度梯度参数表征固化翘曲和初始应力状态两方面影响,面板早龄期温度加载历史中正温度差量级、时长较大,面板早期更易形成零平均应力正温度梯度。计算早龄期性状影响效应时,28天零平均应力温度梯度范围可考虑取值0.25℃/cm~0.57℃/cm区间。     

纤维悬浮混合层中纤维取向与流场应力的研究

研究了纤维在混合层流场中的运动,流场用伪谱方法求解;纤维对流场的作用体现在流体方程的附加应力张量中.数值求解在流场作用下的纤维的运动方程,得到纤维的位置和取向分布.进行了纤维取向分布的实验研究,结果与计算定性符合.研究结果表明,当St数较小时,大部分纤维聚集在涡核内,并且基本呈水平或垂直分布;而大St数下,纤维聚集在涡核边缘,呈现不均匀分布,此时纤维取向受涡核边缘的流场支配,呈现包络涡核的特征.同时,由纤维导致的流场附加应力张量的最大值和最小值出现在涡核边缘,导致流场应力不均匀.     

基于ANSYS/LS-DYNA的击针撞击应力数值仿真

本文针对自动武器中重要但又容易出现断裂的击针,从应力分析的角度出发,利用有限元分析软件ANSYS,建立了击锤撞击下击针应力仿真的有限元模型,计算得到了击针的应力、速度、位移等参数.从仿真结果可知,击针的危险断面不在击针的尖端,而在距离尾端约15 mm处,这与击针实际发生破断的位置相一致,说明该仿真方法能够较真实地模拟击针的应力分布状态.危险断面内的最大应力并没有超过材料的屈服极限,所以击针的断裂不是因为瞬间应力过大引起的,而是在交替-拉压应力的作用下疲劳破坏的,因此,要提高击针的寿命,首要的是提高接近尾端区域的表面质量,减小应力集中以降低循环应力的幅值.     

基于局部自适应代理模型的复合材料结构可靠性评估

为了评估复合材料复杂结构的可靠性,开展基于局部自适应代理模型的可靠性评估方法研究.针对复合材料翼盒结构,建立基于局部自适应算法的应力响应面代理模型和基于Weibull分布的强度分布模型,并基于蒙特卡洛法与Hashin准则计算翼盒结构的可靠性;同时开展复合材料翼盒结构的准静态拉伸试验,获得失效位置、失效形式及力-位移曲线,并以二项分布估计试验结果的置信度.结果表明：翼盒结构的失效位置位于上端拐角处,失效形式为基体剪切断裂与纤维拔出,材料参数中剪切模量对失效位置应力响应影响最大,结构需要优化设计减小拐角处剪切应力;基于局部自适应代理模型的可靠性评估数值分析结果与试验结果相对误差为5.295%,准确地评估了结构的可靠性.     

基于纤维面内取向分布的气体扩散层重构与传输性能分析

提出一种重构燃料电池气体扩散层(GDL)微观结构的新方法，用于研究纤维面内取向分布对GDL传输性能的影响。利用XCT扫描获取GDL二维切片图进行阈值分割得到GDL三维模型，通过纤维追踪技术区分纤维与粘接剂，得出纤维面内取向概率分布、纤维骨架局部孔隙率、纤维与粘接剂组分比例等信息作为控制因素，重构更加准确的GDL纤维骨架，并通过形态学处理添加粘接剂得到GDL孔尺度模型。对1 000 μm×1 000 μm×200 μm的GDL计算域进行性能模拟计算，分析不同纤维取向分布对GDL的气体传输、热电传导性能的影响。由于碳纸在制造中大部分纤维顺着造纸机运行方向(纵向)排列，不同排列方式严重影响GDL在纵向、横向和穿面方向(TP方向)的性能。研究结果表明：随着纤维纵向分布集中程度提高，气体传输与热电传导性能在纵向提高，但在横向降低；对于TP方向，本研究中的纤维集中于纵向的一致性系数为0.029的取向分布时，GDL模型性能较优；电导率及热导率对纤维取向分布比气体扩散率更敏感。     

纤维增强聚合物圆柱体与刚性平面接触应力场的有限元分析

对纤维增强聚合物圆柱体与刚性平面线接触问题进行了有限元分析,研究了接触区内纤维的存在以及取向变化对基体和纤维上应力的影响。结果表明:纤维的存在使得纤维下方基体的应力降低,纤维上方基体应力增大;纤维上的最大应力以及纤维端面上的接触应力均与纤维轴向角成线性关系,且受切向角影响较小;纤维的弹性能随着纤维轴向角和切向角均线性变化,且受轴向角影响更大。     

沟槽铜纤维复合毛细芯铜板压缩性能的研究

采用犁切挤压及烧结的方法制造了沟槽铜纤维复合毛细芯铜板。复合毛细芯具有良好的传热性能,但应用时经常受压,为此研究其压缩性能非常必要。采用压缩试验对沟槽铜纤维复合毛细芯铜板进行实验研究,分析了铜纤维直径、孔隙率、烧结温度和烧结时间对沟槽铜纤维复合毛细芯铜板的压缩性能的影响。结果表明:纤维直径越大,最大应力越小;反之则越大。细纤维直径的铜纤维板获得的最大应力为6.9 MPa,而中纤维直径的铜板的最大应力为6.2 MPa,粗纤维直径的最大应力为5.7 MPa。烧结温度越高,所获得的铜纤维板相应的应力值更大;烧结时间越长,所得的铜纤维板的相应应力值也越大;孔隙率越小应力值越大。对各种实验结果的原因进行了分析。     

C-Mn钢和焊缝金属韧-脆转变宏观断裂行为

在韧-脆转变温度区对C-Mn钢和焊缝金属的COD,4PB,Charpy V和3NB试样进行了断裂试验。测量了试样断裂载荷、吸收功、加载点位移和断口上纤维裂纹长度,得到了纤维裂纹扩展速度及其前端标称应力随其长度的变化。结果表明随纤维裂纹的扩展,其单位长度吸收的能量降低,扩展速度加快,其前端的标称应力σ_(nom)增加,进一步的分析表明随纤维裂纹的扩展其前端三向应力度和正应力的增加导致韧-脆转变的发生。基于各试样尺寸和加载方式的不同,对其韧-脆转变断裂行为的差别进行了分析。对各种材料的断裂行为以及影响其韧-脆转变的宏观因素也进行了讨论。     

横向压缩载荷下短纤维复合材料细观力学分析

建立含纤维、界面相和基体的短纤维增强弹性体复合材料在横向压缩载荷作用下的单纤维细观力学模型,得到了单元体内部的应力分布函数。以2种不同纤维增强弹性体复合材料为对象,研究横向压缩载荷作用下单纤维模型内部的应力分布状况。结果表明:单元体内部应力分布是不均匀的,其大小与复合材料不均匀程度及纤维体积分数有关。应力分布的不均匀性随材料的不均匀程度的增大而增大;随着纤维体积分数的增加,压应力最大值逐渐增大,而拉应力最大值先增大后减小。     

掺入秸秆纤维对固化高含水率淤泥黏滞特性影响研究

黏滞性是影响高含水率疏浚淤泥固化施工的重要工程特性。向高含水率疏浚淤泥流动固化土中添加秸秆纤维,开展黏滞度试验,探讨不同纤维掺量下淤泥流动固化土的黏滞特性。试验结果表明:相同剪切速率下,纤维掺量小于3%时,淤泥流动固化土剪切应力基本不受掺量增加的影响;纤维掺量≥3%时,剪切应力随掺量增加而降低。淤泥流动固化土动切力随秸秆纤维掺量增加而缓慢降低;黏滞系数随秸秆纤维掺量增加呈现先缓慢降低之后快速上升的变化规律。不同剪切速率下,淤泥流动固化土黏度随秸秆纤维掺量增加而缓慢降低。     

光纤Bragg光栅应力增敏研究

应力增敏的研究是光纤Bragg光栅传感的重要课题之一.提出了光纤Bragg光栅应力增敏的模型,推导了该模型的等效弹性模量计算公式,得到了应力与中心波长相对偏移量的关系和应力灵敏度系数表达式,表明通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,就可以提高应力灵敏度系数.用弹性聚合物封装的光纤光栅理论和实验应力灵敏度系数分别是6.64×10-10Pa-1和6.14×10-10Pa-1,各为裸光纤光栅轴向应力灵敏度的57.8和54.8倍.应力灵敏度系数的理论值和实验值吻合很好.     

长玻璃纤维增强PET复合材料界面的研究

为促进PET在玻璃纤维表面的接枝反应，将长玻璃纤维增强PET热塑性复合材料的预浸料进行热处理，用短粱三点弯曲测定了长玻纤增强PET复合材料的层间剪切强度，采用红外光谱分析、扫描电镜、裂解气相色谱质谱联用等手段对增强纤维表面的化学结构进行了分析。结果表明经过热处理可以提高复合材料的界面粘合强度，而此良好的界面粘合强度源于PET分子链在玻璃纤维表面的接枝反应。     

基于有限元方法的CF/PTFE复合材料界面应力

经表面改性和未经改性的碳纤维（CF）增强聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的弹性强度均随着碳纤维含量的增加而增强．以碳纤维增强聚四氟乙烯（CF／PTFE）复合材料弯曲强度试验结果作为依据,开展CF／PTFE复合材料界面应力的研究工作．采用各向异性等参单元,推导出在平面载荷作用下多层纤维增强复合板的层间应力分布．进一步利用有限元方法对CF／PT—FE复合材料的界面进行应力分析,并得到与试验结果相一致的结论．     

基于FBG的磁场传感器实验设计方案

光纤Bragg光栅(FBG)传感技术较其它光纤传感技术有其独特的优点,使其更具有研究的价值。基于光纤Bragg光栅的应变敏感性和磁性材料的磁致伸缩效应,提出了将光纤Bragg光栅应用于磁场传感测量的方案。设计方案中将光纤Bragg光栅与磁致伸缩材料相结合。实现了光纤Bragg光栅波长漂移量与侧向位移的线性调谐关系;通过测量光纤Bragg光栅波长漂移量,可以估算出外界磁场的强度变化。     

星型尼龙6纤维的力学性能研究

采用熔融挤出的方法制备尼龙6星型聚合物纤维，对所得纤维的强度、伸长、模量和回弹率进行测试，并考察了星型尼龙6的应力松弛，结果表明，随三元酸含量减少，纤维强度逐步增加，但三元 酸含量减少到一定程度，强度基本保持一定值；三元酸含量较高的星型尼龙6纤维弹性比线型链高一些，当三元酸含量进一步提高时，弹性又能所下降；三元酸含量较高的纤维，应力松弛较慢。