玄武岩纤维增强复合材料板簧设计与制备

以某轻型货车用板簧为研究对象,以玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料代替弹簧钢减轻车辆板簧质量为目的,通过材料优化设计、结构优化设计,确定了复合材料设计方案,利用ANSYS仿真设计软件对复合材料板簧进行了力学性能分析,采用树脂传递模塑(RTM)制备工艺制备了玄武岩增强复合材料板簧。结果表明,优化后的玄武岩纤维增强复合材料板簧静态强度、动态疲劳寿命能够满足设计和使用要求,通过了静载和台架疲劳试验,且质量相对于弹簧钢板簧减重55%。     

自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响研究

运用有限元分析软件,分析了不同的自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响,采用新的许用应力幅度-循环次数曲线代替JB 4732,对不同自紧压力下的疲劳寿命进行了计算,认为如果不进行自紧处理,无法满足气瓶疲劳试验的要求。     

基于疲劳分析的螺旋轴有限元分析

通过有限元分析软件ANSYS建立螺旋轴有限元模型,对螺旋轴在自重、物料作用、冲击载荷、传动扭矩和冲击载荷作用下的受力状况进行数值计算,采用循环载荷下疲劳应力评定方法对计算结果进行评定分析。结果表明,螺旋轴寿命可以满足设计要求。     

交错结构免充气安全轮胎的静态接地性能和疲劳寿命的有限元分析与预测

提出一种交错结构免充气安全轮胎,借助有限元分析软件Abaqus对其静态接地性能进行分析,并采用德莫西亚疲劳试验获得轮胎支撑体聚氨酯材料的应力(S)-疲劳寿命(N)曲线,将其输入疲劳分析软件FE-SAFE预测轮胎的疲劳寿命。结果表明,交错结构免充气轮胎的静刚度曲线与同规格充气子午线轮胎基本吻合,接地面积和平均接地压力接近,说明其达到了同规格充气子午线轮胎的使用性能,且疲劳寿命相近。     

轴压作用下缠绕复合材料夹芯圆柱壳力学性能研究

为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采用ABAQUS有限元软件对结构模型进行分析,得到不同载荷下的应变规律;最后,将有限元计算结果与试验结果进行对比,轴向刚度误差为10.69%,测点应变值最大误差为12.88%,表明该方法可用于缠绕复合材料夹芯圆柱壳计算,为复合材料夹芯圆柱壳的设计应用提供指导。     

不同复合材料板簧的性能比较及结构优化

随着汽车行业日益激烈的竞争和环境问题的不断凸显,有必要对汽车部件进行优化减重设计。本文利用CATIA三维软件建立了某轻型汽车的板簧几何模型,并导入ANSYS 15.0有限元软件中,分别赋予其五种材料属性,包括传统金属材料和四种新型纤维增强复合材料(E玻纤、S玻纤、碳纤、凯夫拉增强纤维)。计算并对比双片钢板板簧、双片复合材料板簧和单片复合材料板簧的应力、挠度、刚度及重量,所得结果表明,在满足板簧性能指标的前提下,单片E玻纤复合材料板簧具有最优的性价比,重量相比传统钢材板簧减轻了80%。为进一步减轻单片E玻纤复合材料板簧的重量,对其应力较小区域进行变截面宽度的结构优化。结果表明优化后的单片变宽度E玻纤复合材料板簧重量相比优化前板簧,进一步减重5.2%。对钢板板簧及优化前后的单片E-玻纤复合材料板簧的安全系数、振动频率及应变能等进行综合比较,结果表明,结构优化后的单片变宽度E玻纤复合材料板簧性能符合要求,性价比高,且减重效果显著。     

三维角联锁机织复合材料三点弯曲疲劳的细观结构效应

依据层层接结三维角联锁机织复合材料的结构特点,建立能真实反映细观结构特征的大型精细实体几何结构模型;基于非弹性滞后能疲劳破坏准则,用有限元法计算三维角联锁机织复合材料在三点弯曲低周交变循环载荷下的变形和刚度降解,揭示疲劳过程中三维角联锁机织复合材料内部应力分布特征和变形特征,分析纱线与树脂的破坏机理,阐述该复合材料在循环载荷下发生疲劳破坏的结构效应。结果表明,经纱在疲劳过程中承担大部分的载荷,且不同的组分呈现不同的破坏扩展过程。本文研究结果和研究方法将可进一步扩展至三维机织复合材料工程结构设计。     

2.5维机织复合材料疲劳寿命预测

对2.5维机织复合材料进行了静力分析,在受拉伸载荷的情况下将其视为经纱层和纬纱层组合而成的层合板。以单向板疲劳寿命预测为基础,考虑到疲劳加载过程中刚度退化导致的应力重新分配,采用Miner理论对其拉-拉疲劳寿命进行预测,且对该方法进行了试验验证,为预测2.5维机织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

复合材料胶接修补结构疲劳性能的数值和试验研究

为研究室温下复合材料胶接修补结构的疲劳性能,以三维渐进损伤理论为基础,创建了复合材料胶接修补模型,利用材料损伤判断子程序实现对修补结构的静拉伸失效载荷及剩余强度的预测分析,并进行了相关试验的对比分析。采用5种不同尺寸的圆形补片来评价修补效果,并利用超景深仪对修补试件的疲劳损伤扩展模式进行微观测量。结果表明:静载拉伸中,尺寸为3.5r的修补结构承载能力最好;疲劳循环中,尺寸为2.5r的修补结构剩余强度提升效果最好;疲劳载荷下,当循环次数较低时,修补结构的主要损伤为基体开裂,而随着循环次数的增大,主要损伤为纤维断裂。     

国产碳纤维CCF300增强QY8911双马树脂含孔复合材料拉压疲劳试验研究

碳纤维树脂基复合材料（CFRP）层合板的疲劳性能决定了结构的安全性和可靠性。其寿命预测的研究具有重要的工程意义。依据碳纤维复合材料拉压疲劳试验标准,对含孔国产碳纤维CCF300／QY8911复合材料进行了5个不同应力水平下拉压疲劳试验,分析了疲劳试样断口,表征了中央含孔国产碳纤维CCF300／QY8911复合材料在疲劳载荷作用下的破坏过程,获得含孔复合材料层合板的条件疲劳极限,在此基础上,建立了复合材料的S-N曲线。利用该曲线可对中央含孔复合材料进行疲劳寿命预测。10^6下的条件疲劳极限为平均应力的48％（即150．3MPa）。