碳纤维复合材料修复带缺陷储气井的应力分析及试验研究

针对天然气储气井井管外壁腐蚀现状,采用有限元计算方法,分析不同外壁腐蚀类型、不同腐蚀缺陷尺寸下储气井井管的应力分布、承载极限及疲劳性能;加工带缺陷储气井井管试件,选择碳纤维复合材料湿缠绕法补强修复;对修复后的井管试件进行有限元应力分析,并进行爆破试验和疲劳试验,以充分验证补强方法的有效性;储气井井管的理论分析和性能试验证明,碳纤维复合材料湿缠绕法补强可以有效地修复带外壁缺陷的储气井井管,有效、快捷地解决在役天然气储气井井管外壁腐蚀问题。     

基于损伤容限的动车组车轴实测载荷谱等效应力评价

对高速列车进行线路实测,获得既有线和京津城际铁路上的时域载荷,通过雨流计数法车轴的弯曲应力谱子样。通过对车轴存在缺陷时的等效应力研究表明,对于同样的运行条件和应力谱,车轴表面是否存在缺陷时的等效应力不同。在不同的列车速度下,负载时车轴表面的动应力都大于空载情况。而在同样的线路条件下,速度对等效应力的影响不大。等效应力幅在不同的线路差别稍大,既有线等效应力幅比京津城际铁路上的值要高。计算得到车轴表面不同缺陷对应的S-N曲线参数和相应的疲劳极限,结果表明,光滑车轴的等效应力比车轴材料的疲劳极限低很多。当车轴表面有缺陷时,其等效应力大于等于疲劳极限。因此,有必要考虑外部运行环境和车轴表面状况,从而对车轴进行损伤容限设计。     

风载荷下机载复合材料天线罩强度有限元分析

机载天线罩对重量要求高,需要承受较大的风载荷,多采用复合材料以满足要求,因此需要对天线罩进行强度校核。文中针对某机载天线罩首先进行风载荷的计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）有限元仿真,然后利用ANSYS ACP进行复合材料结构铺层设计,进一步通过流固耦合方法在计算风压工况的条件下对天线罩强度进行分析,最后通过许用应力、变形情况以及复合材料多失效准则校核对天线罩结构设计安全性做出判断。该机载天线罩在要求的风载荷条件下满足使用要求。     

动车组空心车轴强度校核方法研究

对某动车组空心车轴进行了受力分析,计算了作用在车轴各个截面上的最大弯曲应力幅,依据EN 13104和EN13261标准,对几个主要截面处该车轴疲劳强度进行了校核,结果表明车轴轮座内侧3/4截面处疲劳强度安全系数为1.22。建立了某轮对采用过盈配合的车轴在承载状态下紧急制动时的轮对有限元静力学计算模型,计算了不同压装过盈量下的等效应力,结果表明压装过盈量为0.248mm且紧急制动时时,车轮最大等效应力接近其许用应力。     

轴心受压高强钢圆管稳定承载性能研究

对770MPa级高强钢管件的初始几何缺陷、残余应力和本构关系进行了测试，完成了66根770MPa级不同规格高强钢管件的轴压极限承载力试验，结合仿真分析，验证了添加初始缺陷的一致模态法分析高强钢管件极限承载力的准确性。     

结构参数对波形弹簧承载特性的影响

波形弹簧在航空航天机械密封等精密且紧凑的结构中发挥着重要作用。除刚度和弹簧力外,恒刚度极限、给定压缩量下的最大等效应力和最大径向变形等承载特性也影响着波形弹簧性能。采用接触非线性求解方法,分析外径、波厚、波宽和波高等结构参数对承载特性的影响。为了设计方便,提出并推导最大径向变形量的计算公式,利用试验和数值分析验证公式准确性。采用正交分析方法,得到承载特性的敏感因子。研究结果表明,恒刚度极限随着外径、波厚的增加而增加,随着波宽、波高的增加而减小;最大等效应力大小随着波宽、波厚的增加而增加,随着外径、波高的增加而减小;最大径向变形量随着外径的增加而减小,随着波高的增加而增加。     

复合材料汽车车轮的强度分析与铺层设计

为了给复合材料汽车车轮的设计提供参考依据,根据复合材料力学理论,计算得到碳纤维-环氧(T300/5208)的性能参数,设计复合材料汽车车轮的铺层结构.根据汽车车轮弯曲疲劳实验数据建立该种车轮的有限元模型.通过有限元仿真分析得出最大应力和位移.还用有限元方法对结构相同的铝合金汽车车轮进行分析,并与复合材料车轮进行对比.在工作应力水平近似相等时,复合材料车轮的重量比铝合金车轮的重量小40.74%.在上述条件下,由于复合讨料的极限应力比铝合金的大,显然其强度比铝合金的高.     

九层玻璃/铝阳极焊接接头残余应力应变数值模拟

利用有限元分析软件MARC,对冷却后的九层玻璃/铝阳极焊接试件进行数值模拟分析,获得了九层阳极冷却试件内残余应力和应变分布。模拟结果表明,试件冷却后各处的冷却收缩量不同,其内部存在残余应力和应变,试件发生翘曲;过渡层内的等效应力最大,且关于铝层呈对称分布;铝层内的等效应力值达到了屈服极限,表明铝层发生了塑性变形,且铝层内的等效应变最大。     

三维织物复合材料天线罩的应用研究

三维织物复合材料是一种新型的结构功能一体化材料,具有优异的力学和电磁波穿透性能。文中介绍了透波用三维中空织物的成型工艺,并采用环氧树脂体系通过真空导流的成型方法制备了某型号舰载雷达天线罩。研究并对比了三维织物复合材料和传统夹芯结构材料的力学性能,给出了三维织物复合材料的理论介电常数的计算方法。理论介电常数与实验实测值的对比结果表明,三维织物复合材料可用于天线罩。     

纤维改性聚四氟乙烯密封材料的制备及性能研究

以碳纤粉、短玻纤为主要增强纤维,采用冷压成型和自由烧结工艺制备改性聚四氟乙烯(PTFE)密封复合材料.分析了增强纤维含量以及不同纤维表面处理工艺对材料抗拉强度和压缩回弹率、应力松弛率等密封性能的影响.结果表明:增强纤维含量对材料密封性能具有显著影响,而表面处理工艺的影响则不甚明显;碳纤粉对PTFE的改性效果明显好于短玻纤;具有适当填充量的PTFE密封复合材料可满足200 ℃下长期使用的要求.     

基于热-结构耦合的轧机压下螺纹副强度分析

基于Ansys有限元软件建立了轧机压下螺纹副的三维模型,计算了常温下压下螺纹副结构的承载特性,通过提取出每扣螺牙等效应力的最大值,验证了轧机压下螺纹副螺牙根部的等效应力分布呈U形的规律。利用间接耦合法分别计算了60℃、100℃温度下热-结构耦合的螺纹副承载特性,对比了不同温度下压下螺纹副螺牙根部的等效应力及螺牙面的接触压力。结果表明,接触压力及等效应力的最大值均发生在第1扣螺牙;当温度为100℃时,压下螺母等效应力的最大值接近于螺母材料的屈服极限。     

含多粗糙峰涂层等效应力的有限元分析

研究刚性平面与含粗糙峰涂层在二维与三维模型下的弹性接触问题,采用有限元法分析涂层弹性模量比、涂层厚度、粗糙峰间距、刚性平面压下深度对涂层粗糙峰表面、涂层/基体界面分布及基体等效应力分布的影响。计算结果表明压下深度对三维涂层粗糙峰表面最大应力的影响最大,涂层厚度、涂层/基体弹性模量比、粗糙峰间距的变化对应力值影响逐渐减小;增大涂层厚度、减小压下深度和粗糙峰间距、降低弹性模量比会使得三维接触模型最大等效应力值显著降低;增加涂层粗糙峰数和涂层厚度、同时降低涂层弹性模量有助于提高涂层/基体界面结合强度。相对于二维接触模型来说三维接触模型在粗糙峰表面的等效应力增大,造成这种变化的主要原因是由于涂层表面粗糙峰之间的等效应力叠加引起的。该研究为涂层粗糙峰及涂层/基体界面强度的应力分析提供依据。     

不同玻璃纤维单向增强树脂基复合材料的疲劳行为

对高强高模玻璃纤维和E型玻璃纤维单向增强树脂基复合材料进行了拉伸与拉-拉疲劳性能试验,研究了其拉伸性能及不同加载应力下的疲劳行为。结果表明:高强高模玻璃纤维增强复合材料的平均抗拉强度比E型玻璃纤维增强的提高了4%,两种复合材料的拉伸应力和应变均在累积变形阶段呈线性关系,在断裂阶段呈波动形非线性关系;两种玻璃纤维增强复合材料的疲劳寿命均随着应力的增加而减小,在不同应力下,高强高模玻璃纤维增强复合材料疲劳寿命测试值的分散性均很小,而E型玻璃纤维增强的分散性相对较大;与高强高模玻璃纤维增强的相比,E型玻璃纤维增强复合材料的疲劳寿命随应力的变化较大,其抗疲劳破坏能力较弱。     

芳纶纱的结构形貌对芳纶/PTFE织物复合材料摩擦学性能的影响

为了研究纱线结构形貌对织物复合材料摩擦学性能的影响,选用对位芳纶纤维,制备成3种具有不同结构形貌的芳纶纱,分别为长丝平行纱、长丝加捻纱和短纤维加捻纱。以相同的制备工艺得到3种芳纶/PTFE织物复合材料,采用多试件摩擦磨损试验机测试复合材料的摩擦学性能,并对芳纶/PTFE混编织物及相应复合材料的结构形貌、力学性能和磨损表面进行分析与探讨。实验结果表明：芳纶纱的结构形貌可直接影响纱线的断裂强度、纱线拔出强力、纱线与树脂的界面结合力,进而影响织物复合材料的摩擦学性能;在不同的磨损条件下3种混编织物的耐磨性表现有所不同,当载荷相对较低时,芳纶短纤维加捻纱/PTFE织物复合材料磨损率更低,而当载荷较高时,芳纶长丝加捻纱/PTFE织物复合材料耐磨性更好。     

复合材料板与金属板榫槽粘接结合有限元分析

榫槽连接是航空结构中常用的一种连接形式。通过对金属板和复合材料板的榫槽粘接部位进行有限元计算，分析简单拉力作用下连接部位的应力分布以及金属板和复合材料板尺寸对最大等效应力的影响。通过比较发现，在所考察范围内榫槽长度、粘接层厚度和板宽度等因素对模型等效应力的影响并不十分显著，而两种材料板之间的相对厚度对最大等效应力影响较大，随着金属板厚度的增大，整个榫槽连接结构的最大等效应力有所减小。     

雷达天线罩的耐湿热性工艺设计

介绍了雷达天线罩在湿热的环境下对其透波性能、力学性能的影响,并从复合材料的增强体、树脂基体和表面涂覆等方面进行雷达天线罩的耐湿热型工艺设计,减少雷达天线罩的吸湿率,提高天线罩的透波性能和使用寿命。     

复合材料离心叶轮应力和振动有限元计算与分析

采用有限元方法,首先对钢制离心叶轮工作时在离心力作用下的应力进行了计算和分析。在此基础上,对复合材料离心叶轮在离心力载荷条件下的最大应力和固有频率进行了计算评估。预测纤维复合材料层压结构极限强度对叶轮安全设计和轻量化设计是至关重要的,失效判定采用Tsai-Wu失效准则,为避免因共振使叶轮设计寿命明显降低,计算了叶轮的固有频率和模态振型以分析其动态特性。结果表明,复合材料碳纤维/环氧树脂可承受叶轮线速度在605m/s运行时的应力,在风机启停工作转速范围内没有共振转速相匹配。本文研究结果为纤维增强复合材料风机叶轮的设计及应用奠定了基础。     

粗糙体变形特性对接触过程的应力与应变的影响

运用W-M函数生成分形粗糙表面,建立一个新的双粗糙体接触模型,采用有限元方法模拟仿真了在粗糙体不同变形特性条件下的接触过程,并分析了接触表面的应力分布及不同接触位置的塑性应变随深度的变化规律．结果表明双粗糙接触表面的应力主要集中在个别的较高微凸体上,其应力最大值出现在微凸体肩部区域的位置;等效塑性应变在不同位置沿深度的变化,呈现出不同的规律,微凸体顶部区域沿深度方向的最大等效塑性应变均发生在次表层,材料表层下的塑性应变将会导致材料表层中的夹杂或微观缺陷周围萌生微孔和裂纹源,对比不同变形特性的模型,得出弹塑性一刚体模型的最大应力及应变值都大于弹塑性一弹塑性模型。     

长玻纤增强PVC/PP复合材料性能的研究

通过熔体浸溃工艺制备了长玻纤PP母粒,然后与高流动PVC共混制备长玻纤增强PVC/PP复合材料,通过常规力学性能、维卡软化温度、扫描电子显微镜(SEM)和动态力学性能(DMA)等表征手段,系统研究了长玻纤(GF)含量对PVC/PPGF复合材料的力学性能和耐热性能的影响.结果表明:玻纤与树脂有一定的粘接,纤维在基体树脂中起到了较好的承载作用,随着复合材料中长玻纤含量的增加,复合材料的力学性能和耐热性能均呈明显的增长趋势.     

颗粒性复合材料基体破坏极限应力

若颗粒增强金属基复合材料基体和增强体结合完好,在外载作用下材料会从基体断裂,应用三相模型法确定出外应力一定时二相胞元的外加应变,进而得到基体内的细观应力场,根据损伤过程的广义热力学力计算出损伤等效应力,当损伤等效应力等于基体单向拉伸断裂应力时,计算出复合材料的基体破坏极限应力.