复合材料新的热层合理论及其有限元方法研究

本文基子三维各向异性热传导方程和复合材料的一般层合理论,推导出复合材料层合结构瞬态温度场分析的新的热层合理论,并依据此理论建立了简单、实用的有限元格式。数值算例表明：基于热层合理论的有限元方法有较好的精度,同时又比传统的分析方法更简便、有效。     

复合材料结构传热分析的新的高阶热层合理论研究

提出了新的高阶热层合理论及相应的有限元模型．新的高阶热层合理论比作者最初提出的一阶热层合理论［１］前进了一大步,它有效克服了一阶热层合理论中存在的计算缺陷．大量数值算例表明了高阶热层合理论的精确有效性．算例还对铺设角和纵厚比对层合板温度场的影响进行了分析,并得到了一些有意义的结论．     

基于背衬影响的水下声隐身夹芯复合材料结构设计

在考虑背衬影响的前提下,建立了3种典型水下声隐身夹芯复合材料的结构模型;从水声波动方程出发,推导了3种模型的传递矩阵、声反射系数和吸声系数,并通过试验验证了传递矩阵法的有效性;考虑吸声层厚度、密度、损耗因子、水层厚度等对声隐身性能的影响,应用数值方法对水下夹芯复合材料声隐身结构形式进行了设计,分析了各层材料参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律;在吸声层中附加了一层复合材料,有效地抑制了隐身结构的谐振峰,并研究了附加层的匹配位置,使隐身结构在不改变吸声层厚度的情况下获得了更好的声学性能.     

玻璃纤维增强复合材料的损伤分析

本文对玻璃纤维增强复合材料层合板进行了拉、剪多向应力本构关系的实验研究,成功地用软x射线照相观察到材料内部微裂纹沿纤维方向近似均匀分布,并沿裂纹面扩展至破坏的损伤形貌,同时结合声发射技术等监测其扩展规律。在此基础上建立了基于微观机制的微裂纹损伤模型,预测材料的损伤非线性本构关系和破坏,以及实验观察到的一些复合材料特有的损伤现象,理论预测结果与实验值吻合。     

夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法,分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。     

金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料性能试验研究

对金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料性能进行试验研究.首先,设计金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器及试验装置;其次,对阻尼器进行性能试验并获取试验数据.试验研究表明,金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料的性能不仅与振幅有关,还与振动频率有关,具有非线性滞后特性.试验研究为金属-橡胶硅橡胶叠层复合阻尼材料数学建模、参数辨识和动力学设计及优化准备了试验数据,提供了重要依据和奠定了良好基础.     

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。     

圆波导中测定手性复合材料屏蔽效能的数值模拟

为实现理论分析和实验结果的相互印证,首先理论分析了单层手性复合材料作为屏蔽体时,材料的电磁特性参数与屏蔽效能之间的关系,给出自由空间中屏蔽效能两种常用的表达形式,并结合圆波导边界条件给出关系式的修正结果;然后模拟研究了在利用圆波导测定手性材料屏蔽效能情况下,电磁参数与屏蔽效能的关系.在导电性基质材料和磁性基质材料情况下,分别利用Matlab软件模拟了介电常数虚部和磁导率虚部对屏蔽效能的影响,为实验结果的理论分析提供一种研究途径.     

纤维缠绕复合材料的弹性模量

缠绕成型的秆稚增强复合材料是一种正交异性材料。本文综述了这类材料的弹性模量的确定方法。首先讨论了单层复合材料,给出了弹性模量的定义、弹性模量随坐标轴旋转的变化和虎克定律的两种形式,并且初步介绍了耦合效应的概念。接着列出了用组成成份的性质来计算单层复合材料弹性模量的公式,着重介绍了这些弹性模量的实验测定,包括平板拉伸试件的加工、试验方法和注意事项,文中列出了典型的试验结果。这一部分工作是101研究室的实验小组共同进行的。最后,给出了交叉迭层复合材料弹性模量的计算公式。为了实用起见,这些公式是针对圆筒形压力容器的封头和圆筒段两部分分别列出的,并且介绍了考虑金属内衬时的计算公式。列出了计算实例。     

惰性填料对SiCf/Si-O-C陶瓷材料的性能影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备了SiCf/S i-O-C陶瓷复合材料.研究了惰性填料(SiC、SiO2及SiO2空心微珠)对材料的力学性能及热性能的影响.微观结构的分析表明,填料引起的界面结构与密度的变化是影响SiCf /Si-O-C复合材料性能的主要原因.     

复合材料层合结构层向理论及应用进展

层向理论是由Reddy提出来的一种用于精确分析复合材料层合结构的三维板壳分析理论。由于不引入任何的变形和应力假设条件,因此相较于传统的等效单层板理论,层向理论在分析大厚度复合材料层合板壳结构的静动态响应及其局部层间效应时具有较大的优势。系统地综述了层向理论近年来的研究进展、数值解法及其应用情况。具体包括:层向理论的基本原理及发展现状、基于层向理论的有限元方法及改进模型、层向理论在复合材料层合结构静动态响应及含损伤问题领域的应用等。并对该理论可进一步拓展的研究方向进行了展望。     

超音速气流中热塑性复合材料壁板的非线性热颤振特性

热塑性复合材料结构在高速流场中的颤振行为是可重复使用航天器设计中需要考虑的问题.基于Mindlin厚板理论和Von-Karman大变形理论描述热塑性复合壁板结构大变形,超音速气动力采用活塞气动理论.考虑温度引起的壁板面内热应力和热塑性材料力学性能的改变.根据虚功原理和有限元法推导建立了热塑性复合材料壁板的热颤振模型,进...     

装备外壳结构周期设计及其振动特性

将声子晶体能带理论应用于装备外壳结构设计,把装备外壳圆柱壳段设计成周期结构。基于多子结构的双协调自由界面模态综合法,计算并对比了周期圆柱壳与非周期圆柱壳对弯曲振动的衰减特性。结果表明,周期圆柱壳中有弯曲振动强衰减带隙存在,而非周期结构中则没有带隙存在。进一步研究了轴向周期复合夹层材料圆柱壳的弯曲振动特性。同样,该周期复合夹层结构中依然有弯曲振动带隙存在,且在带隙频率范围内弯曲振动传播将受到明显的抑制。最后,考虑实际装备外壳形状,研究了含周期结构圆柱段的复杂装备外壳振动特性。研究表明,经过局部周期设计的复杂装备外壳保持了带隙特性,这说明了将能带理论应用于工程实际装备外壳的振动控制具有可行性。     

Numerical simulation of dynamic large deformation and fracture damage for solid armature in electromagnetic railgun

The design of solid armature of railgun should take full account of its operating conditions and material properties because the armature is subjected to dynamic loading conditions and experiences a complicated electrical, thermal and mechanical process in the interior ballistic cycle. In this paper present, we first introduced a multi-physical field model of railgun, followed by several examples to investigate the launching process. Especially, we used the explicit finite element method, in which material nonlinearity and geometric nonlinearity were accounted, to investigate the deform behaviors of solid armature. The results show that the dynamic mechanical process of armature is dependent on the armature geometry, material and exciting electric current. By the numerical simulation, the understanding of the fracture mechanism of solid armature was deepened.     

弹药集装单元储存静力学有限元分析

以简单的六面体结构为基础,以“铝板-聚氨酯泡沫材料-铝板”复合板材为弹药集装单元的主体材料,结合弹药集装单元的承载能力要求,建立弹药集装单元的基本模型。通过其在储存状态下的静力学有限元分析,了解3种不同堆垛情况下,弹药集装单元的应力与应变情况,为进一步研究弹药集装单元结构强度提供理论依据。     

金属橡胶／橡胶复合叠层耗能器试验建模研究

采用电液伺服材料试验机的位移加载方式，对金属橡胶／橡胶复合叠层耗能器进行动态试验研究，结果表明：耗能器的恢复力同时受频率和振幅的影响具有非线性迟滞特性。在此基础上，结合理论分析建立耗能器的动力学模型，提出一种参数分离识别法，辨识出模型中的未知参数。将辨识结果与试验曲线进行对比，结果表明，所建模型可靠，且参数识别精度能够满足工程应用的要求。     

界面热阻对金刚石/银复合材料导热率的影响

研究了金刚石／银复合材料的导热率与金刚石的含量、粒度等之间的关系,着重讨论了界面热阻对复合材料导热率的影响。并阐述了金刚石表面镀钛,能有效改善金刚石对银的润湿性,降低界面热阻,从而提高金刚石／银复合材料的导热率。     

基于表层及芯材阻尼特性的夹层结构导纳分析

针对复合材料夹层板结构,综合开展芯材材料阻尼特性动力学热分析(DMTA)试验、表层玻璃钢和芯材试件阻尼衰减特性研究,通过夹层板结构的模态激振试验得到结构的模态阻尼比。从结构动力学方程出发探讨了影响多自由度系统结构传递导纳的相关参量,试验对比分析了钢质板和复合材料夹层板两型结构的传递导纳特性,并研究了激振点与响应点间距对复合材料夹层结构传递导纳的影响。研究表明:当尺寸和边界条件相同时,影响结构传递导纳的主要因素是结构的固有频率和模态阻尼。试验还得到了复合材料夹层板较钢质板的基频提高值和传递导纳降低均值,该试验结果可为工程设计提供参考。     

碳纤维增强聚合物基复合材料频率选择表面的电磁传输特性（复合材料专栏投稿）*

为了改善采用金属频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）制备的天线罩中存在的热残余应力和弱粘接界面等问题，本文采用与聚合物基复合材料罩壁结构相容性好的碳纤维增强聚合物基复合材料制备FSS，利用自由空间法对试样的电磁传输性能进行测试，并采用数值分析模型对碳纤维复合材料FSS的电磁传输机制和电磁传输影响因子进行分析。结果表明：碳纤维复合材料FSS具有频率选择功能，但谐振频率处的电磁传输损耗较大；通过改变复合材料FSS的单元缝隙率、厚度、电导率以及介电常数可以实现对其电磁传输性能的调节。