冲击波载荷作用下固支正交各向异性薄板挠度特性分析

根据能量原理,采用层合板理论和薄板大变形理论,对四边固支的矩形正交铺层的纤维增强复合材料薄板在爆炸冲击波作用下的弹性大变形进行理论分析,得到了层合板的最大挠度计算公式。有限元数值模拟计算表明,理论计算结果与有限元数值模拟的结果吻合较好,因此该方法可用来对复合材料板在弹性范围内的最大挠度进行预测,同时认为根据薄板的最大挠度,可以计算板的应力(应变)分布和复合材料板失效时的爆炸载荷。     

开孔复合材料层合板的拉伸强度和失效模式分析

为研究纤维编织工艺、铺层角度和孔径大小对开孔复合材料层合板拉伸强度和失效模式的影响规律,选用正交平纹玻纤层合板（WFL）和单向玻纤层合板（UFL）制作0°和45°铺层开孔拉伸试件,随后进行了试验研究;采用 Abaqus 建立基于二维 Hashion 失效准则的渐进损伤仿真模型,并对试验结果进行了对比,分析了试件的损伤机理。研究结果表明：层合板强度随开孔增大而减小,并且这种变化率随孔径增大而增大,45°铺层的层合板的变化率小于0°铺层,WFL 小于 UFL;WFL 的破坏以纤维断裂为主,裂纹垂直于纤维方向,UFL 以基体开裂为主,裂纹沿纤维方向,孔径则对破坏模式无明显影响;0°铺层 WFL 的破坏是由纤维拉伸失效导致,45°的则由纤维拉伸失效和基体拉伸剪切失效共同导致,0°铺层 UFL 由基体压缩失效导致,45°的则由基体拉伸剪切失效导致;拉伸强度的仿真与试验结果最大误差为14．1％,由此验证了仿真计算方法的有效性。     

复合材料层合板疲劳寿命形状参数与门槛值分析方法

复合材料性能具有较大的分散性,在表征复合材料疲劳寿命时,必须考虑分散性的影响。以M21C复合材料开孔层合板为研究对象,采用Sendeckyj等效静强度模型和随机变量函数的概率分布方法推导了复合材料层合板疲劳寿命形状参数和剩余强度形状参数的关系,通过试验和统计的方法获得了M21C复合材料开孔层合板的疲劳寿命形状参数和疲劳门槛值,对载荷放大系数以及低载截除水平的确定提供了数据支持。     

面内载荷下复合材料帽型加筋板结构稳定性分析

为探究复合材料帽型加筋板结构稳定性问题,首先根据层合板理论和等效刚度法,通过分析边界条件得出复合材料帽型加筋板在面内压载作用下局部失稳的特征方程;然后,引入算例进行了数值计算,定量分析了结构参数变化对帽型加筋板临界载荷和屈曲模态的影响规律;最后,结合算例进行了相应的试验分析,试验结果和计算结果吻合较好。分析表明：帽型加筋板在面内压载作用下优先发生局部失稳,通过合理设计帽型筋条可有效避免结构整体失效。该研究结果对工程结构设计应用具有一定的理论参考价值。     

复合材料帽型加筋层合梁刚度的理论计算研究

根据层合板理论,首先利用三维应力、应变转换关系,推导出复合材料帽型加筋层合梁的总体刚度矩阵公式,建立了复合材料帽型加筋层合梁的拉伸刚度和弯曲刚度理论计算式;然后,计算了轴向或横向荷载作用下,复合材料帽型加筋悬臂层合梁的拉伸和弯曲变形,并和ANSYS有限元计算结果进行了对比;最后,计算分析了腹板倾斜角度对结构刚度的影响。计算结果表明:腹板倾斜角度为60°时,帽型加筋结构的刚度和所需材料的比值达到最优值;拉伸和弯曲刚度的理论解和ANSYS有限元计算结果吻合较好,说明上述方法以及推导的计算公式是准确、可靠的。     

Kelvin模型阻尼层合板的振动分析

基于Kelvin模型粘弹性材料本构关系导出了阻尼层合板的动力学微分方程组,给出了四边简支阻尼层合板的固有频率和损耗因子的解析解。与文献结果比较表明,将Kelvin模型应用于粘弹结构的动力特性问题求解,计算模型简便,且计算结果比常复数模型更为精确。分析了阻尼层参数变化对结构振动特性的影响。分析结果表明:增加阻尼层厚度,可以有效提高结构损耗因子;增加阻尼层材料的剪切模量,结构损耗因子增大到一定值后又逐渐减小,在减振设计中阻尼层的模量存在最佳值。     

含分层缺陷复合材料夹芯梁力学特性及失效模式的试验研究

为研究分层缺陷对复合材料夹层结构承载特性的影响,对含面芯分层缺陷的复合材料夹芯梁开展了系列轴向压缩试验,采用高速摄影仪记录结构的变形形态及破坏过程,对结构出现的欧拉屈曲、剪切屈曲、局部面板褶皱、纤维压缩破坏等失效模式进行分析,并探讨了梁长度、表层厚度、芯层厚度、缺陷尺寸等参数对结构承载特性的影响。试验结果表明:表层厚度对结构的失效模式及承载能力有着直接影响;对于贯穿型矩形缺陷,当缺陷因子μ≥0.05时,结构发生局部屈曲失效;局部屈曲为非稳态失效,当面板出现局部褶皱后,面芯分层缺陷迅速沿轴向向两端扩展,扩展路径可由面芯界面层进入芯层,造成芯层的剪切破坏。     

识别结构主要失效模式的一种改进方法

识别结构的主要失效模式是计算结构系统可靠度的第一步。提出“3σ准则法”来识别结构系统主要失效模式，首先运用增量栽荷法中的元件承力比确定最严重元和次严重元，并找出第一批主要失效模式，然后用3σ准则寻找其余的主要失效模式。此方法不易漏掉主要失效模式，且计算量小。     

夹层复合材料耐压圆柱壳深水静压承载特性分析

为探究新型夹层复合材料耐压圆柱壳在深水环境中的极限承载能力及失效模式,以湿法缠绕工艺成型的圆柱壳模型为研究对象,通过开展深水静压试验研究及数值仿真,分析了结构的极限承载能力及失效模式。结果表明:夹层复合材料圆柱壳的失效模式为整体失稳,内外蒙皮均出现明显纤维断裂,伴随结构渗水,内蒙皮与芯层界面处出现分层并扩展,导致结构完全丧失承载能力。同时,在兼顾结构强度与稳定性双重指标前提下,预测了结构的渐进破坏模式及极限荷载,预测值与试验结果相比误差为5.97%。该研究为夹层复合材料耐压壳的应用设计提供了技术储备。     

平面框架结构体系可靠度分析

本文基于ＰＷＬＥＰ法的基本假定,利用矩阵分析方法,考虑变量相关性的ＪＣ法以及分枝分阶搜索失效路径的方法来实现自动寻找平面框加结构体系的主要失效模式,并计算结构体系的可靠度值,文中编制了计算平面框架结构体系可靠度的综合程序,算例表明程序的正确性,合理性,实用性。     

Low velocity impact studies of E-glass/epoxy composite laminates at different thicknesses and temperatures

Low velocity impact experiments were carried out on E-glass/epoxy composite laminates having varying thicknesses at sub zero and elevated temperatures using hemi spherical steel impactor of 16 mm diameter with impact energies in the rage of 50–150 J. The performance of the laminates was assessed in terms of energy absorption, maximum displacement, peak force and failure behaviour. Results indicated that the effect of temperature on energy absorption of the laminate is negligible although the laminates are embrittling at sub zero temperatures. However it has influence on failure behaviour and displacement. Peak force has increased linearly with increase in laminate thickness from 5 to 10 mm. However it got reduced by 25% when temperature was increased from −20 °C to 100 °C. Based on experimental results, laminate perforation energies were predicted using curve fitting equations. Statistical analysis was carried out using Taguchi method to identify the global effects of various parameters on laminate performance and confirmed that the laminate thickness has significant influence as compared to temperature, for the studied range.     

边界条件对复合材料层合板准静态压痕损伤的影响

在实际的服役过程中,飞机用复合材料层合板通过四边铆接的方式与飞机金属框架进行连接,其受力时的边界条件为四边固支。以实际应用背景为基础,分别从分层损伤扩展模式、接触力、凹坑深度、损伤宽度四个方面系统地比较了四边固支和四边简支两种边界条件下,复合材料层合板准静态压痕损伤的区别。结果表明以上四种变量在两种边界条件下均存在明显差异,可为基于实际应用的复合材料准静态压痕损伤研究提供实验依据。     

断裂复合材料层压板贴片快速修复工艺研究

采用CMR-1A复合材料热补仪和3234/G814复合材料预浸料贴片,对完全断裂的复合材料层压板进行双面修复。通过正交试验法获得了最佳修复工艺参数:固化温度为130℃;固化时间为80 min;贴片层数为5层(单面);真空度为0.04 MPa;贴片长度为50 mm。对优化工艺参数进行试验验证,结果表明:复合材料层压板拉伸强度从0 MPa增加到320.84 MPa,提高了57.29%;LY12CZ铝合金和45钢板拉伸强度恢复率分别为96%和75.53%。     

Optimization of buckling load for laminated composite plates using adaptive Kriging-improved PSO: A novel hybrid intelligent method

An effective hybrid optimization method is proposed by integrating an adaptive Kriging (A-Kriging) into an improved partial swarm optimization algorithm (IPSO) to give a so-called A-Kriging-IPSO for maxi-mizing the buckling load of laminated composite plates (LCPs) under uniaxial and biaxial compressions. In this method, a novel iterative adaptive Kriging model, which is structured using two training sample sets as active and adaptive points, is utilized to directly predict the buckling load of the LCPs and to improve the efficiency of the optimization process. The active points are selected from the initial data set while the adaptive points are generated using the radial random-based convex samples. The cell-based smoothed discrete shear gap method (CS-DSG3) is employed to analyze the buckling behavior of the LCPs to provide the response of adaptive and input data sets. The buckling load of the LCPs is maximized by utilizing the IPSO algorithm. To demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed methodology, the LCPs with different layers (2, 3, 4, and 10 layers), boundary conditions, aspect ratios and load patterns (biaxial and uniaxial loads) are investigated. The results obtained by proposed method are in good agreement with the literature results, but with less computational burden. By applying adaptive radial Kriging model, the accurate optimal results-based predictions of the buckling load are obtained for the studied LCPs.     

内压作用下复合材料修复裂纹管道的失效分析

为准确评估在内压作用下纤维复合材料修复含裂纹管道的有效性及失效压力,建立复合材料修复后裂纹管道的失效数值模型。该数值模型通过扩展有限元法模拟管道裂纹的扩展,利用cohesive单元模拟胶层的脱粘失效,复合材料的失效通过最大应力失效准则进行判定。通过静水压爆裂试验对所提失效数值模型进行验证,实验结果与数值计算结果具有较好的一致性。失效数值分析结果表明:当内压增大至一定值后,未修复管道的初始裂纹沿轴向及壁厚方向逐渐扩展,进而使得管道内壁单元扩展成真实裂纹,此时真实裂纹贯穿整个壁厚方向,即认为裂纹管道发生爆裂失效,爆裂失效压力随初始裂纹半长呈指数形式下降。复合材料修复裂纹管道的不同修复工况呈现相同的失效模式:在单调递增的内压作用下,管道内表面首先出现黏结裂纹,而后其外表面裂纹张开趋势急剧上升,使得复合材料层应力急剧上升,达到极限强度而失效。且对于不同的初始裂纹尺寸,存在对应的复合材料缠绕层数临界值。     

弯曲载荷作用下复合材料T型接头的失效分析

运用蔡-吴逐步失效判据和黏聚接触模型建立弯曲加载下的T型接头的有限元模型。对复合材料T型接头在弯曲加载下的损伤机理和承载能力进行数值模拟。结合静态弯曲加载实验,揭示T型接头在弯曲破坏过程中的四种失效模式。T型接头的弯曲失效载荷的有限元模型计算结果与实测值吻合较好。     

Analysis for the residual prestress of composite barrel for railgun with tension winding

Based on the elastic theory of cylindrical shells and the theory of composite laminates, a prediction model for the residual prestress of the simplified round composite barrel for railgun is established. Only the fibre pretension is considered in this model. A three dimensional numerical simulation for the residual prestress in the railgun barrel is carried out, by combining the temperature differential method with the element birth and death technology. The results obtained by the two methods are compared. It reveals that the distribution trends of residual prestress are consistent. And the difference for residual prestress in the filament wound composite housing of barrel is relatively small. The same finite element method is used to analysis the residual prestress in the non-simplified composite barrels for railgun, which are under different control modes of winding tension. The results mean that the residual prestress in barrel will increase while the taper coefficient for winding is decreasing. Therefore, the sealing performance in bore is improved, but the strength of the filament wound composite housing drops. In addition, the axial and circumferential residual prestress in the filament wound composite housing with constant torque winding are close to the ones in iso-stress design for barrel.     

基于一元线性回归分析的舵机故障诊断算法

针对舵机的卡死、松浮和输出偏差等故障采用基于模型的方法检测.故障诊断分两步进行,首先采用等价空间法来检测是否发生故障,在检测到故障的基础上引入一元线性回归分析对故障的性质和程度进行估计,并给出了根据舵机输入输出特性选取估计参数的方法.仿真结果表明,所采用故障诊断算法的实时性、准确性较好,具有一定的工程实用价值.     

固体火箭发动机复合材料壳体裙黏接性能分析

采用数值计算方法研究复合材料壳体裙连接结构的黏接性能。通过建立纤维缠绕壳体的有限元模型,采用内聚力模型定义裙黏接面的接触关系,引入黏接界面的损伤失效准则,模拟黏接界面的脱黏行为,以此预测裙连接结构的极限承载。同时,研究壳体的轴向和环向应变及黏接面上的剪应力分布情况,以及弹性层的弹性模量与黏接长度对黏接性能的影响。数值算例表明,计算结果与实验数据相吻合,验证了该方法的正确性。所提方法可用于裙连接结构的优化设计中。