基于APDL的托盘支腿结构承载能力的非线性屈曲分析

目的探究新型重载纤维模塑托盘支腿结构的承载能力及非线性屈曲变化规律。方法依据制备的纤维模塑材料参数为基础,通过编写Ansys APDL程序,对设计的重载纤维模塑托盘支腿结构进行压缩载荷下的非线性屈曲模拟。结果 Anays模拟与实验得到的极限载荷值误差均在5.2%以内,具有很好的模拟精度。重载纤维模塑托盘支腿在压屈变形过程中,最大应力-应变变化表现为4个阶段,即弹性阶段、强化阶段、屈曲变形阶段和应力失效阶段。不同尺径支腿的屈曲变形阶段应力均维持在12.69 MPa左右,低于材料极限强度。增大壁厚或拔模角度,能增强支腿后屈曲变形阶段的承载能力;增大壁厚或减小拔模角度,能增大支腿的极限载荷。拔模角度为1.5°~2.0°,倒圆角半径为9~15 mm时,有利于支腿模塑工艺的实现及优良承载性能的获得。结论极限载荷与支腿壁厚和拔模角度具有很好的线性拟合优度,可通过壁厚或拔模角度预测支腿结构的极限承载。     

纸浆模塑托盘构型三维设计及支腿结构 CAE 分析

运用 Pro/ E 软件对纸浆模塑托盘构型进行了三维设计,完成了托盘支腿和面板的零部件建模及相应的装配。 运用 ABAQUS 有限元分析软件对托盘支腿结构进行了强度计算,模拟分析了纸浆模塑托盘支腿在压缩载荷作用下的弹塑性变形,得到了模型受载变形全过程的载荷-位移曲线,从而确定了支腿的承载能力。     

纸浆模塑托盘结构强度的实验测试分析

实验研究了纸浆模塑托盘结构的力学性能,测试分析了纸浆模塑托盘的承载能力,包括纸浆模塑托盘支腿单元结构的抗压能力,纸浆模塑托盘整体结构的抗压能力、抗弯性能。结果表明:纸浆模塑托盘的抗弯能力相对较弱,实验样品的平均抗弯载荷为1.32 kN;从抗压能力来看,纸浆模塑托盘整体承载能力与各个支腿承载能力的总和相接近;纸浆模塑托盘整体结构的抗压承载能力可达47.80 kN。     

钢板混凝土组合墙轴压受力性能有限元分析

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性和钢板焊接残余应力等。研究了栓钉的受力机理,模拟了试件中钢板的屈曲变形,分析不同参数如钢板与混凝土的强度、距厚比和含钢量对承载力的影响。分析结果表明:有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,栓钉在受力过程中始终处于弹性受力状态,混凝土强度对承载力影响最大,距厚比对钢板的屈曲影响较大,较小的距厚比能保证钢板与混凝土协同工作。     

基于有限元方法的瓦楞纸筒非线性屈曲分析

由于瓦楞纸的屈曲机理非常复杂,难以准确预测屈曲强度,利用非线性有限元的方法对某瓦楞纸筒进行了非线性屈曲分析,计算出了其极限承载能力,分析了影响其承载性能的主要因素。结果表明,采用非线性有限元方法对瓦楞纸包装结构进行屈曲分析是可行的,分析结果对瓦楞纸包装设计具有较好的参考价值。     

侧边边界条件对复合材料加筋板轴压载荷下屈曲和后屈曲性能的影响

为研究侧边边界条件对复合材料加筋板压缩稳定性能的影响,首先采用有限元软件对压缩载荷作用下的复合材料加筋板进行建模数值计算,得到加筋板在侧边简支和自由2种边界条件下的屈曲载荷和形式,然后采用工程计算方法对加筋板轴压承载能力进行了估算,参考计算结果,分别对侧边有支持和侧边自由2组加筋板进行轴向压缩试验,分析侧边边界条件对试验件的屈曲形式、屈曲载荷以及后屈曲破坏过程的影响。试验结果表明：侧边支持条件会影响加筋板的屈曲形式和破坏形式。对于侧边有支持的试验件,屈曲后整体变形较小,筋条的压缩断裂是主要的破坏形式;而侧边自由的试验件屈曲后会逐渐出现整体弯曲变形,变形引起的筋条脱粘和弯曲断裂则是主要的破坏形式,且筋条脱粘会显著降低结构的承载能力。有限元计算结果与试验结果较吻合,验证了有限元模型的合理性。采用工程计算方法对侧边有支持的加筋板承载能力进行估算具有较好的精度。     

OSB板托盘的叉举试验及有限元分析

目的验证OSB板材能否用于托盘的制作,以及OSB板托盘在叉举过程中的应力应变情况。方法通过Solid Edge建立使用钢钉模型进行连接的OSB板托盘模型,并使用软件内的NX Nastran仿真模块对托盘模型进行有限元分析,得出托盘叉举工况下的应力应变分布图,同时对OSB板托盘进行叉举试验。结果通过对OSB板托盘进行有限元仿真分析和实际实验,得出在6.5 k N载荷下,仿真分析的最大变形量为16.75 mm,实际实验的最大变形量为18.2 mm,两者数值近似,验证了有限元分析的有效性。结论确认了OSB板托盘的实用性,以及在托盘设计阶段使用有限元法对托盘性能进行分析验证与优化的可行性。     

复合材料翼面壁板轴压稳定性

基于T型长桁铺层数不同的两块复合材料翼面加筋壁板试件SC-1和SC-2,开展轴压稳定性试验研究,并提出一种预测屈曲载荷及最小后屈曲承载能力的工程分析方法,结合有限元特征值屈曲分析方法、有限元弧长法对试件的屈曲载荷、屈曲模态及后屈曲承载能力进行分析。试验结果表明,铺层数较多的试件SC-1的蒙皮局部屈曲应变较高,壁板也具有更高的屈曲载荷。在后屈曲阶段,SC-2加载到试验屈曲载荷的2.4倍未发生材料破坏和长桁蒙皮间脱粘损伤。工程分析方法和特征值屈曲分析能够准确预测壁板的屈曲载荷,最大误差分别为-9.3%和-2.8%,工程分析得到SC-2的最小后屈曲承载能力为试验屈曲载荷的2.09倍。有限元弧长法分析得到两件试件的屈曲载荷误差均小于1%,并具有壁板轴压屈曲模态预测和变形跟踪能力。      

异形截面木塑复合材料托盘的数值模拟与实验对比分析

利用有限元数值仿真技术,研究了具有异形截面的木塑复合材料托盘的承载能力。采用自定义截面梁单元建立木塑复合材料的异型截面梁模型;基于该异形截面梁模型,建立了托盘有限元模型,并进行承载能力计算;最后将数值计算结果与实验结果进行对比分析。研究结果表明：数值分析结果与实验结果有比较好的一致性;数值分析方法的计算精度满足实际工程需要。该方法用于具有复杂截面形状的木塑复合材料及制品的研究与开发,能节约实验及研发成本、缩短研发周期。     

采用PVC介质的三通管挤胀成形数值模拟

以非线性显式有限元分析软件ABAQUAS为数值模拟平台。建立以PVC为压力介质的三通管胀形的有限元模型,通过对采用介质胀形和内高压胀形的结果对比,表明采用介质胀形可使管件壁厚减薄更缓慢,壁厚分布更均匀,最终得到更大的支管长度。     

装配式钢-混凝土组合管剪力墙轴压性能与承载力计算方法研究

为研究装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙的轴压性能,完成了7个SRCT剪力墙试件的轴压性能试验,分析了试件的破坏形态、承载能力、位移延性、初始刚度等轴压性能。结果表明:SRCT剪力墙具有良好的轴压承载能力、刚度和变形能力,表现出良好的轴压承载性能;SRCT剪力墙轴压承载能力和初始刚度与距厚比成反比,延性与距厚比成正比;拉结筋布置形式对SRCT剪力墙的轴压承载力有一定影响,对初始刚度影响较小,拉结筋梅花形布置的SRCT剪力墙轴压承载力更高;侧面锚栓布置形式对SRCT剪力墙承载力有较大影响,随着侧面锚栓的加强,SRCT剪力墙承载能力增大;提出了考虑钢板局部屈曲和钢管对内膛混凝土约束作用的SRCT剪力墙轴压承载力和初始刚度计算方法,计算结果与试验值吻合良好。     

基于钢板屈曲分析的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算方法

为了考虑钢板屈曲对双钢板-混凝土组合（DSCC）剪力墙的轴压承载力的影响,该文首先以4个组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立DSCC剪力墙的有限元模型。模型中混凝土采用实体单元,钢板采用壳单元,剪力连接件采用非线性弹簧单元SpringA,并考虑了材料非线性和钢板初始缺陷。在验证有限元模型后,研究了不同参数对钢板屈曲的影响,得到了钢板屈曲应力的计算公式。分析结果表明:当钢板出现局部横向贯通屈曲时,破坏模式为屈曲位置的混凝土压碎;当钢板未发生屈曲时,破坏模式为钢板屈服;墙侧面钢板宽度较小时,侧面钢板不会发生屈曲。最后,基于钢板屈曲分析以及构件极限状态下的应力状态分析,提出了新的DSCC剪力墙的轴压承载力计算方法,引入了钢板屈曲的影响。结构表明:对比规范JGJ/T 380―2015采用的计算公式,该文提出的计算方法具有更高的精度和稳定性,可用于DSCC剪力墙的深入研究以及工程设计。     

正多边形外接填充圆形蜂窝异面动态缓冲性能

目的 为了研究正多边形外接填充圆形蜂窝的缓冲性能,建立不同正多边形外接填充圆形蜂窝的冲击有限元模型,分析研究多边形填充对圆形蜂窝缓冲性能的影响.方法利用Ansys/LS-DYNA建立正三、四、五、六边形外接填充圆形蜂窝的有限元分析模型,用六水平等级法评价分析各有限元模型在异面方向不同冲击速度下的力学性能、变形模式和能量吸收特性.结果正多边形与圆形蜂窝产生了较强的耦合响应,使组合结构的接触载荷和总能量吸收值均大于两者单独冲击数值之和;正六边形外接填充圆形蜂窝结构的六水平等级评价均为A,优于其他组合类型,且在不同冲击速度下不同正多边形外接填充圆形蜂窝的评价结果大致相同;正六边形外接蜂窝结构在冲击载荷下存在3种变形模式,随冲击速度的变化而变化,蜂窝壁厚对其的影响较小.随着冲击速度和壁厚的增大,动态峰应力、密实化总能量吸收和比吸能均有一定程度的提升.结论在耦合效应和动态冲击载荷的综合作用下,正六边形外接填充圆形蜂窝结构的动态力学性能较其他3种结构更为优异;随着蜂窝壁厚和冲击速度的增加,正多边形外接填充圆形蜂窝结构的承载能力和吸能能力都得到增强.     

On refined computational models of composite laminates

Finite element models of the continuum-based theories and two-dimensional plate/shell theories used in the analysis of composite laminates are reviewed. The classical and shear deformation theories up to the third-order are presented in a single theory. Results of linear and non-linear bending, natural vibration and stability of composite laminates are presented for various boundary conditions and lamination schemes. Computational modelling issues related to composite laminates, such as locking, symmetry considerations, boundary conditions, and geometric non-linearity effects on displacements, buckling loads and frequencies are discussed. It is shown that the use of quarter plate models can introduce significant errors into the solution of certain laminates, the non-linear effects are important even at small ratio of the transverse deflection to the thickness of antisymmetric laminates with pinned edges, and that the conventional eigenvalue approach for the determination of buckling loads of composite laminates can be overly conservative.     

Buckling and Post-Buckling Behaviors of a Variable Stiffness Composite Laminated Wing Box Structure

The buckling and post-buckling behaviors of variable stiffness composite laminates (VSCL) with curvilinear fibers were investigated and compared with constant stiffness composite laminates (CSCL) with straight fibers. A VSCL box structure was evaluated under a pure bending moment. The results of the comparative test showed that the critical buckling load of the VSCL box was approximately 3% higher than that of the CSCL box. However, the post-buckling load-bearing capacity was similar due to the layup angle and the immature status of the material processing technology. The properties of the VSCL and CSCL boxes under a pure bending moment were simulated using the Hashin criterion and cohesive interface elements. The simulation results are consistent with the experimental results in stiffness, critical buckling load and failure modes but not in post-buckling load capacity. The results of the experiment, the simulation and laminated plate theory show that VSCL greatly improves the critical buckling load but has little influence on the post-buckling load-bearing capacity.     

轴向冲击下薄壁圆柱壳的屈曲行为的实验研究

由于薄壁圆柱壳比厚壁圆柱壳的不均匀性更大，薄壁圆柱壳的轴向动力屈曲比厚壁复杂得多。了解轴向冲击下薄壁圆柱壳的屈曲行为，有助于进行吸能构件设计。介绍了采用落锤实验进行圆柱壳的动力屈曲行为研究中，超薄壁圆柱壳的一些特殊屈曲行为，在实验中观察到随着径厚比的增加，折屈边数有相应增加的趋势，存在过渡区。经吸能特性分析，随着圆柱壳径厚比的增加，平均压垮载荷和一个基本变形单元能量吸收量增加，有效压缩距离和一个基本变形单元的初始长度增加，但有效压缩距离与基本变形单元长度之比保持不变；在壁厚相同的条件下，能量吸收量与圆柱壳半径成正比。     

多孔蝴蝶形钢板剪力墙的抗震性能试验研究

为了研究多孔蝴蝶形钢板剪力墙的抗震性能,对4个足尺多孔蝴蝶形钢板剪力墙试件进行了低周反复加载试验。在蝴蝶杆腰宽比控制在0.4的前提下,研究了钢板厚度和开孔率对多孔蝴蝶形钢板剪力墙滞回性能、承载力和耗能性能的影响。试验结果表明:多孔蝴蝶形钢板剪力墙具有良好的抗震性能,是一种较理想的抗侧力构件和耗能构件;多孔蝴蝶形钢板剪力墙的最终破坏模式为钢板最外侧蝴蝶杆端部撕裂;随着钢板墙厚度的增大和钢板开孔率的减小,试件的抗侧刚度及承载力增大,耗能量增多。