复合材料圆管构件等效模量的计算方法

针对任意壁厚的复合材料圆管构件的等效弹性模量和剪切模量提出了高阶理论计算方法, 它考虑了构件的横向剪切效应以及层合材料的三维本构关系, 并在相同壁厚条件下对三种缠绕方式( [0°/(±θ)_n ]S, [ (±θ)_n ]S 和[ 90°/(±θ)_n ]S) 的等效模量进行了预测, 并且与经典层合板理论的预测结果进行了比较, 该方法可用于复合材料杆件结构的设计中。      

复合材料低速冲击损伤研究及等效模型的应用

复合材料低速冲击损伤的特殊性及危害性使得对航空复合材料冲击损伤的评估尤为重要。该文通过建立数值计算模型并结合实验数据解决了4个方面的应用问题:1)在ABAQUS子程序VUMAT中引入损伤模式及损伤演化,结合层间连接单元对层合板低速冲击损伤进行了模拟;2)损伤容限设计方法要求对含缺陷结构的极限强度做出正确的评估,通过ABAQUS子程序USDFLD引入损伤模式及材料折减方案,得到了含圆孔的层合板极限拉压强度;3)通过ABAQUS子程序UMAT引入损伤模式及刚度折减方案,结合层间连接单元,模拟了含预制分层的层合板压缩失效问题;4)针对共用铺层结构的工程有限元计算问题,提出了力学等效模型,将该模型应用到结构级的静力实验模拟并拓展至结构冲击模拟。     

铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究

采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管\     

基于等效模型的帽型复合材料加筋壁板优化设计

本工作提出了一种优化复合材料帽型加筋壁板稳定性的有效方法,该方法是基于在PATRAN软件中用单层板来模拟层合板的力学性能的想法。其中用层合板建的加筋板模型称为详细模型,改用单层板建的称为等效模型。对于航空结构中常见的帽型加筋壁板,本工作采用反映实际壁板形状的高精度有限元模型,分别建立了详细模型和等效模型。比较得出两种模型的一阶线性失稳因子和失稳应变基本一致,从而验证了将等效模型用于帽型加筋壁板结构稳定性分析的可行性。为了便于验证该优化方法的有效性,本工作只考虑加筋板的筋条厚度一致的情况。传统方法在优化蒙皮和筋条厚度时需要优化层合板的每个单层的铺层厚度和铺层顺序,本文提出的优化方法只需要解决单层板的厚度优化问题,相比本方法大大减少了设计变量。本工作用此方法优化得到了两个参数不同的复合材料帽型加筋板的最优屈曲性能,发现只需要2～4次迭代优化就可以收敛,收敛速度很快。     

复合材料弹性模量的等效微分计算

为计算三维随机短纤维增强复合材料的弹性模量，探讨了如何采用微分等效介质概念。结合应用无限大弹性体中的等效夹杂理论和复合材料弹性模量求解中的自恰方案，建立起计算短纤维增强复合材料弹性模量的微分计算格式。然后通过数值求解非线性耦合微分方程组计算了短纤维增强复合材料的总体弹性模量。     

基于复合材料层合箱梁改进解析模型计算等效刚度

提出了基于复合材料层合箱梁改进解析模型的等效刚度计算方法。在考虑三维应变效应的同时用复合材料单层的二维折算模量分量来表示三维折算模量分量,简化了复合材料层合箱梁等效刚度系数的计算,得到了由梁横截面几何尺寸和层合板刚度系数表达的等效抗弯刚度和等效抗扭刚度的解析式。该解析式适用于环向刚度一致的复合材料层合箱梁,并充分考虑了弯曲-剪切耦合和扭转-拉伸耦合效应对等效刚度的影响。通过三点弯试验和扭转试验,验证了解析式的正确性;通过与分层等效叠加法、有限元法进行对比,分析了解析式的计算精度。结合经典层合板理论,研究了铺层方式对等效刚度产生的影响及原因,预测了不同铺层复合材料层合箱梁等效刚度的变化规律。      

复合材料薄壁梁力学特性分析

综述了人们在建立研究复合材料薄壁梁力学特性的非线性梁理论及分析结构剖面特性,确立结构算子参数等方面所做的工作以及这些研究工作的特点。同时,结合作者的工作,介绍了近年来各国学者在复合材料薄壁梁力学特性研究上的进展。      

核壳粒子复合材料的等效磁导率

为了预测复合材料的等效磁导率,建立了填充核壳粒子复合材料等效磁导率的物理模型,应用电磁场理论推导了核壳粒子以单一介质球代替的等效方法并推广得到椭球核壳粒子情况.基于平均极化理论和Maxwell-Garnett理论给出了核壳粒子以特定浓度随机分布于复合材料时等效磁导率的预测公式,通过数值计算分析了核壳粒子浓度、结构参数以及磁导率对复合材料等效磁导率的影响.数值计算与实验结果吻合很好,验证了该等效方法用于复合材料电磁特性优化设计的有效性.     

采用等效刚度有限元模型的复合材料机翼颤振分析

采用等效刚度方法,研究了一种适用于机翼初步设计阶段的动力学和颤振分析的结构有限元模型。该方法首先计算不同布局形式的加筋壁板的刚度矩阵,然后将其赋予与加筋壁板平面形状相同的光板（等效板）上,使加筋壁板和等效板具相同的力学性能。该方法的优点是避免了加强筋的有限元建模,从而使有限元模型的复杂程度大大降低,但同时等效刚度结构有限元模型仍能反映机翼加筋壁板的结构特性。以某客机概念方案的机翼为例,建立了反映实际结构详细有限元及其等效刚度有限元模型。计算结果和对比分析表明,两种模型的固有频率、振动模态和颤振分析结果吻合得很好,从而验证了等效刚度方法在机翼结构动力学和颤振分析方面的准确性。由于该方法具有简单快速和准确的优点,可用于机翼初步设计阶段对颤振特性的评估。     

基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元

基于一阶剪切变形理论(FSDT),本文构造一种新型的20自由度(每结点5个自由度),四边形复合材料层合板单元,适合于任意铺设情形的层合板的计算。它是按如下方式构造的:(1) 单元每边的转角和剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定;(2) 对单元域内的转角场和剪应变场进行合理的插值;(3) 引入平面内双线性位移场来体现层合板面内与弯曲的耦合作用。本文单元,记为TMQ20,不存在剪切闭锁现象,在计算单层的各向同性板时可以退化为文[1]中优质的中厚板单元TMQ。在文[2]中将给出本文单元对于层合板问题的详细数值算例。     

考虑主材节点刚域影响的钢管输电塔变截面梁单元有限元模型

为了准确、快捷地计算加劲板和连接板形成的主材节点刚域对输电塔受力的影响,将考虑节点刚域影响的主材视为若干段段不同截面梁单元的组合。首先,推导了主材两端节点刚域横截面转动惯量和面积的公式;然后,根据能量原理,推导了变截面梁单元的单元刚度矩阵,并采用C++语言将它引入开源有限元软件OpenSees;最后,将主材及节点刚域采用变截面梁单元,常截面梁单元,变弹性模量梁单元及壳单元离散的有限元模型计算结果和塔架试验的实测结果进行对比。结果表明：常截面梁单元会低估主材的弯矩和最大正应力,而变弹性模量梁单元会低估输电塔的挠度,均会使设计偏于不安全;变截面梁单元和壳单元的计算结果均实测结果很接近,但前者计算量远小于后者。可见：变截面梁单元有限元模型兼顾了计算效率和精度。     

基于等效分析模型的发动机悬置系统优化设计

利用ANSYS有限元分析软件建立发动机悬置系统等效分析模型,将发动机动力总成悬置系统等效为一个惯性体和一个弹性体的复合体,各悬置元件简化为沿其3个弹性主轴方向的弹簧,并可准确体现动力总成的质量,转动惯量和激励力加载位置。利用ANSYS完成该模型的模态分析,并进行了能量解耦度和谐振频率的优化计算,结果表明,该等效建模方法是正确和可行的。该模型为在ANSYS中进行悬置系统模态分析优化和动力响应分析与隔振率优化提供了新的切实可行的简捷建模方式。     

规则隔震结构等效简化模型的研究

在Kelly等人研究的基础上,以结构周期、总基底剪力和总基底弯矩相等为等效准则,将多自由度结构简化为与之等效的两自由度模型结构.通过对一些规则结构的数值模拟分析,给出了这个模型结构系统参数的简化计算公式.这样对简化后的等效模型结构应用振型分解反应谱法,可求出原结构考虑高阶振型影响的结构最大地震反应.其计算简单、可不依靠计算机进行.而将这种等效方法应用于高层隔震结构,可较准确的对其最大地震反应进行预测.计算实例也证明了,这种等效方法是简便可行的.这为高层隔震结构实用设计方法的研究提供了基础.     

聚乙烯/炭黑导电复合材料的启动态性能和等效电路

研究了聚乙烯/炭黑导电复合材料的电流-时间特性和启动态电流-电压特性,并应用等效电路模型对其进行分析,发现启动态电性能与环境温度和外加电压有关,等效电路模型能完整描述启动态电性能.     

复合材料层合板振动衰减主动控制力学模型

简要介绍了新兴的智能复合材料结构及其应用发展前景。对双压电元件复合材料层合板的振动衰减主动控制给出了有限元计算公式,导出了压电激振器、传感器的输入、输出方程,建立了结构振动主动控制的数学模型。     

基于结点6自由度的分裂导线有限元模型

大跨越输电线路分裂导线较单导线更容易发生舞动现象,基于空间曲梁理论,建立了结点6自由度的导线有限元模型。假定间隔棒为刚性体,根据位移协调条件,建立了4分裂导线的有限元模型。通过虚功原理建立静力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法进行静力非线性求解。算例表明：采用曲梁模型研究输电线的平动位移是准确的。由于考虑了平动与扭转的耦合作用,扭转角的计算更加精确。输电线抗弯刚度对扭转角也有较大影响。分裂导线的参数分析表明,弧垂、分裂间距、边界条件等对抗扭刚度均有较大的影响,间隔棒的数量不能显著提高导线的抗扭刚度。     

管节点承载力的非线性有限元分析

本文提出了运用四边形等参壳元构造管节点有限元模型,用自动步长增量法来计算管节点的极限承载力：在ＡＤＩＮＡ程序的基础上开发了前处理和后处理程序,使管节点（包括空间管节点）的有限元分析的成本大大降低;平面管节点的算例表明本文方法与实验结果相吻合,在此基础上本文提出并计算了圆管与矩形管管节点。