湿热环境下复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲行为的有限元模拟

制备了CCF300碳纤维/BA9916-II环氧树脂复合材料加筋壁板，研究了该加筋壁板在干态和湿热状态下的压缩行为；建立加筋壁板有限元模型，使用经验公式对湿热环境下的材料参数进行修正，通过模拟分析了不同状态加筋壁板的压缩屈曲与后屈曲行为，并进行了试验验证。结果表明：加筋壁板在干态与吸湿状态下均有较强的后屈曲承载能力；湿热环境会对加筋壁板稳定性与承载能力造成较大负面影响，随吸湿时间延长，其屈曲及破坏载荷均呈先快后慢的下降趋势；模拟得到干态加筋壁板的屈曲载荷和破坏载荷与试验结果的相对误差分别为3.1%和5.2%,吸湿饱和态下的相对误差分别为5.6%和6.9%,误差较小，证明了所采用模拟方法的准确性和所建立有限元模型的合理性。     

含凸台连接整体加筋壁板结构的稳定性分析

凸台连接对整体加筋壁板的稳定性有重要影响,但其存在性也相应增加了有限元建模和分析的难度。针对此类整体加筋壁板结构,根据面积等效方法提出一种新的有限元建模方法预测临界屈曲载荷,该模型简化了网格生成步骤,便于建模分析,并考虑材料非线性和几何非线性,分析结构的后屈曲行为。通过与轴压状态整体加筋壁板的稳定性试验结果对比,验证了新模型的准确性,并探讨了蒙皮厚度和初始缺陷对结构屈曲的影响,为工程稳定性分析及结构设计提供参考。     

复合材料加筋壁板稳定性影响分析

分别运用特征值法和弧长法开展T字型加筋壁板稳定性及其影响因素分析.分析表明:特征值法和弧长法所得结果相近,弧长法分析结果较为安全,特征值法可作为观察模型屈曲位置及模态图的分析方法.加筋壁板屈曲载荷随筋条间距的变化呈抛物线状,较平均的筋条布置有利于加筋壁板的整体稳定性.加筋壁板屈曲载荷随凸缘宽度的变化呈抛物线状,保持筋条横截面面积不变,筋条凸缘宽为60mm时屈曲载荷达到最大值.较小的凸缘宽度会导致筋条屈曲的发生,应在实际设计中予以避免.     

复合材料壁板后屈曲分析失效准则的适用性研究

为了筛选用于复合材料加筋壁板后屈曲分析的失效准则,设计了具有较长后屈曲历程的L型加筋条试验件,并对其进行压损破坏试验,同时建立了考虑渐进损伤的有限元模型,计算得到了载荷-应变曲线,屈曲载荷和破坏载荷。计算结果和试验数据吻合良好,预测的失效模式也与试验结果一致,验证了建模方法的有效性。并在有限元分析中分别采用了五种不同的失效准则进行计算,得到了各失效准则对应的破坏载荷和失效模式,表明通过L型加筋条试验和分析结合,可以对各个失效准则的有效性进行验证,避免失效准则选取的随意性,从而为复合材料加筋壁板后屈曲设计分析提供指导。     

复合材料加筋板在剪切载荷下的屈曲特性研究

通过对复合材料薄壁加筋板结构进行剪切载荷下的屈曲试验研究,得到结构的屈曲模态、屈曲失稳载荷以及破坏形式,并通过有限元方法对结构的屈曲进行数值分析,分析得到的复合材料薄壁加筋板结构的屈曲模态和试验结果一致,屈曲载荷与试验结果吻合较好.试验还发现复合材料薄壁加筋板结构有较高的后屈曲承载能力,后屈曲过程中由于桁条脱胶会造成屈曲模态的变化.还分析了筋条的连续性对屈曲载荷的影响.     

铝合金搅拌摩擦焊接加筋板剪切稳定性能研究

对2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接加筋壁板的剪切稳定性能进行试验研究,得到该结构的剪切失稳形式及屈曲载荷、承载能力及破坏形式。应用有限元法对该焊接加筋壁板结构进行简化建模,对该结构的稳定性和承载能力进行计算,将计算结果与试验结果进行比较。试验及有限元计算结果表明,结构的剪切失稳形式表现为筋条间平板的局部屈曲;屈曲后结构进入张力场受力状态,破坏形式主要表现为平板的塑性变形和边缘撕裂、筋条的弯扭变形以及焊接区的局部脱焊;出现脱焊现象的试验件其承载能力较未出现脱焊现象的试验件下降7.7%;线性和非线性屈曲计算所得屈曲载荷分别比试验平均值高出18.4%和26.2%,而非线性计算所得承载能力比试验平均值高出5.7%,焊接引起的初始缺陷对结构承载能力的影响小于对屈曲载荷的影响;有限元分析得到的结构屈曲形式和失效形式与试验现象吻合,验证了有限元模型的合理性,但其仍需要进一步改进以考虑初始缺陷来减小计算误差。     

大型飞机机翼上壁板强度设计技术

加筋壁板具有刚度好、重量轻、强度高的优点,现代大型飞机机翼壁板均采用这种结构形式。目前,机翼上壁板设计尚没有完备的方法,在较大程度上依靠试验和经验的分析技术,主要按稳定性设计。本文对机翼上壁板强度设计进行了系统性的研究,通过在设计技术上的提升和突破,掌握了现代飞机机翼上壁板在设计、分析、试验中的关键技术。     

复合材料加筋板剪切屈曲特性研究

分别应用半经验工程算法和有限元软件MSC.Patran/Nastran对复合材料加筋板进行剪切稳定性计算,得到结构的失稳临界载荷;开展复合材料加筋板剪切稳定性试验,得到结构的屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷。实验结果表明,复合材料加筋板的破坏形式主要表现为筋条的脱胶和蒙皮的破损,该型结构具有一定的后屈曲承载能力。研究表明,工程算法、有限元计算结果与试验所得局部屈曲载荷较吻合,说明工程算法和有限元模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析,从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考。     

筋条形式和制造工艺对轴压载荷下钛合金加筋板力学行为模式的影响分析

加筋壁板是航空结构中常用结构形式,不同筋条形式和不同制造工艺会影响其力学行为及其失效模式.针对钛合金加筋板,采用有限元方法建立数值计算模型,研究了T型、L型和Z型3种不同截面形式筋条对加筋板的屈曲模态和破坏形式的影响机制,分析了焊接、点焊和铆接不同制造工艺对加筋板的屈曲载荷和后屈曲特性的影响.结果 表明:T型加筋板的屈...     

喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响研究

为研究喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响,采用Abaqus用户子程序引入典型喷丸残余应力,使用温度场等效法将喷丸残余应力转化为温度场边界条件。计算了不同残余应力峰值和残余压力层深度下加筋壁板结构局部屈曲和后屈曲特性。结果表明,喷丸影响系数与残余应力峰值和压应力层范围相关。给出了一种喷丸影响系数的简单确定方法,并对工程算法进行了修正。最后通过喷丸模拟获取了一组喷丸型材的残余应力分布,通过喷丸和未喷丸型材压缩试验结果对比,验证了工程修正方法的准确性。     

Numerical analysis of static performance comparison of friction stir welded versus riveted 2024-T3 aluminum alloy stiffened panels

Most researches on the static performance of stiffened panel joined by friction stir welding（FSW） mainly focus on the compression stability rather than shear stability. To evaluate the potential of FSW as a replacement for traditional rivet fastening for stiffened panel assembly in aviation application, finite element method（FEM） is applied to compare compression and shear stability performances of FSW stiffened panels with stability performances of riveted stiffened panels. FEMs of 2024-T3 aluminum alloy FSW and riveted stiffened panels are developed and nonlinear static analysis method is applied to obtain buckling pattern, buckling load and load carrying capability of each panel model. The accuracy of each FEM of FSW stiffened panel is evaluated by stability experiment of FSW stiffened panel specimens with identical geometry and boundary condition and the accuracy of each FEM of riveted stiffened panel is evaluated by semi-empirical calculation formulas. It is found that FEMs without considering weld-induced initial imperfections notably overestimate the static strengths of FSW stiffened panels. FEM results show that, buckling patterns of both FSW and riveted compression stiffened panels represent local buckling of plate between stiffeners. The initial buckling waves of FSW stiffened panel emerge uniformly in each plate between stiffeners while those of riveted panel mainly emerge in the mid-plate. Buckling patterns of both FSW and riveted shear stiffened panels represent local buckling of plate close to the loading corner. FEM results indicate that, shear buckling of FSW stiffened panel is less sensitive to the initial imperfections than compression buckling. Load carrying capability of FSW stiffened panel is less sensitive to the initial imperfections than initial buckling. It can be concluded that buckling loads of FSW panels are a bit lower than those of riveted panels whereas carrying capabilities of FSW panels are almost equivalent to those of riveted panels with identical geometries. Finite elem     

搅拌摩擦焊接加筋板轴压稳定性研究

运用半经验公式对采用搅拌摩擦焊接技术的加筋板轴向压缩局部屈曲临界应力进行工程计算,并应用有限元软件ABAQUS对该型结构的稳定性进行数值计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷;参考工程计算和有限元计算值,对加筋板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳及破坏载荷进行试验研究,并考虑侧边支持条件对结果的影响。试验分析表明,非承载边的约束条件对试件的屈曲载荷有一定的影响,而对试件的承载能力影响较小;搅拌摩擦焊加筋板具有一定的后屈曲承载能力;有限元计算结果与试验结果较吻合,说明模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析,从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考。     

多层波纹管柱屈曲稳定性非线性有限元分析

多层多波波纹管柱屈曲性有限元分析模型规模大、非线性问题突出，不易于收敛。为此，文中给出了一种等效厚度模拟方法，建立了等效单层波纹管有限元模型，并在此基础上进行了波纹管的柱屈曲分析，得到了波纹管的屈曲载荷和屈曲模态。文中的工作为这类多层多波大型波纹管的柱屈曲稳定性分析提供了一种有效方法，分析结果也对该类波纹管的设计有较重要的参考价值。     

Influence of stiffener location on the stability of stiffened plates under compression and in-plane bending

The elastic behaviour of stiffened plates under non-uniform edge compression is investigated. As a first stage, an energy formulation, in which the structure is modelled as assembled plate and beam elements, is presented. A Sequential Quadratic Programming (SQP) algorithm is then used to evaluate the buckling load and the associated buckling mode for given plate/stiffener geometric properties. Results are presented showing the influence of the stiffener location on the stability of the structure under combined compression and bending. Then, a strategy is presented for optimum location of the stiffener. The proposed methodology can be used to develop an improved design procedure for efficient design of stiffened plates under this type of loading.     

Postbuckling analysis of imperfect stiffened laminated cylindrical shells under combined external pressure and thermal loading

A postbuckling analysis is presented for a stiffened laminated cylindrical shell of finite length subjected to combined loading of external pressure and a uniform temperature rise. The formulation is based on a boundary layer theory of shell buckling which includes the effects of nonlinear prebuckling deformations, nonlinear large deflections in the postbuckling range and initial geometrical imperfections of the shell. The “smeared stiffener” approach is adopted for the stiffeners. The analysis uses a singular perturbation technique to determine the interactive buckling loads and the postbuckling equilibrium paths. Numerical examples are presented that relate to the performance of perfect and imperfect, stiffened and unstiffened cross-ply laminated cylindrical shells. Typical results are presented in dimensionless graphical form for different parameters and loading conditions.     

碟形封头在外压作用下的屈曲分析

采用有限元法分析了碟形封头在外压作用下的屈曲问题。通过静力学分析观察碟形封头内部的应力分布情况以判断封头发生屈曲的位置,并使用Newton—Raphson法和弧长法对封头进行非线性屈曲分析,追踪碟形封头发生屈曲失稳前后过程,获取其典型的结构特征。最后将稳定安全系数引入到有限元分析结果的处理中,从而得到可以在工程中应用的许用外压载荷。整个分析方法和结论对碟形封头的设计和校核具有实际的工程意义。     

升降横移类立体车库屈曲分析

主要针对升降横移类立体车库的钢架结构稳定性进行研究,通过非线性屈曲分析法求出立体车库的屈曲载荷,为立体车库的设计提供参考。     

F1600泥浆泵中间拉杆与活塞杆稳定性屈曲分析

利用ANSYSY对活塞杆与中间拉杆进行实体建模,并以特征值屈曲分析和非线性屈曲分析以及欧拉公式对活塞杆与中间拉杆进行稳定性分析求解临界载荷。结果表明,特征值屈曲分析与欧拉公式设计计算的临界载荷结果基本一致,而非线性屈曲分析结果较小。计算结果具有一定的指导意义,也为结构的设计改进和优化奠定基础。