加筋壁板轴压载荷下后屈曲稳定性试验研究

对11种构型的民用飞机机身加筋曲板在轴压载荷下后屈曲承载能力进行了试验和工程算法研究,深入探索了机身壁板的各种破坏模式,对极限法、Johnson）物线法与欧拉法三种工程算法比较,并且把试验结果与计算结果进行了对比。研究结果表明：壁板后屈曲轴压许用值与桁条剖面积和蒙皮厚度成线形关系,主要取决于桁条剖面积;蒙皮的局部屈曲应力对初始缺陷敏感,但局部屈曲应力的偏差对壁板的轴压破坏载荷影响不明显;与工程计算结果对比发现Johnson抛物线法计算的破坏轴压与试验结果吻合较好。     

平面编织复合材料胶螺混合连接接头拉伸性能分析

对平面编织复合材料胶螺（单排螺钉）混合连接结构拉伸性能进行了试验研究,分析了螺钉直径为4mm和6mm两种情况下连接结构的破坏形式。基于ANSYS平台建立了胶螺混合连接三维损伤扩展模型,其中融入了非线性接触问题,数值计算的结果与试验结果吻合良好。研究发现,机械连接可以通过分担部分载荷而起着加强胶接连接的作用;如果机械连接工艺稳定的话,应该有螺钉直径越大,其加强效果越明显的规律;对于胶接与多钉混合连接复合材料结构的拉伸性能分析和计算确实存在很大困难,应该谨慎使用。研究结果与分析方法可以为今后的复合材料胶螺混合连接接头的设计提供一定的依据与技术支撑。     

平面编织混杂铺层层合板单钉连接拉伸性能

对平面编织混杂铺层层合板单钉连接结构的挤压性能进行试验研究,分析了铺层比例和试件尺寸对其挤压强度和破坏形式的影响.基于ANSYS平台建立了该层合板单钉连接结构的三维损伤累积有限元模型,对其非线性挤压破坏行为进行了数值计算,预测了初始挤压破坏载荷;同时提出并验证了适合该类型层合板的损伤判据和衰减准则.计算得出的初始挤压破坏载荷与试验结果吻合良好,说明该模型能准确预测层合板单钉连接的初始挤压破坏载荷.     

改进的复合材料T型长桁压损失效的数值分析方法研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料T型长桁的压损失效,对常用的有限元建模方法进行改进,通过shell-solid混合建模保留填充区细节来提高分析精度。为了比较,另外还建立了不带填充区细节的有限元模型。有限元模型结合渐进损伤分析方法,利用ABAQUS软件进行非线性求解后得到了长桁的屈曲载荷、破坏载荷及失效模式。相应地,制造了T型长桁试验件进行压损试验,对建模方法进行验证。通过对比发现,带填充区模型能提高1%～5%的计算精度,使计算结果与试验值吻合得更好,验证了该改进方法的有效性。     

复合材料/金属混合结构热应力分布规律

以飞机机身典型部位复合材料与Z型长桁螺栓连接为研究对象,采用Python脚本语言编程,在ABAQUS平台建立了6种紧固长度有限元模型,模拟飞机在高空低温的飞行环境,得到了混合结构的应力、应变分布规律。数值仿真结果表明:铝梁顶部应变结果呈现中间高、两边低的现象,紧固螺栓应变结果则呈现出相反的趋势;末端紧固件承受的剪切载荷最大,而中心的紧固件剪切载荷最小;该温度场结果与已有文献的试验测试结果误差在3℃以内,对复合材料与金属混合结构的设计具有一定意义。     

包带连接特性及星-箭-包带连接结构耦合动力学的研究进展

包带连接结构是目前航天领域应用最广泛的星箭连接和分离机构. 包带连接结构通过组件间的接触、摩擦传递载荷, 在预紧力作用下实现星箭连接. 各组件间的接触、摩擦力学行为随外载荷的变化而改变, 从而导致包带连接刚度具有明显的非线性特征, 影响火箭的运载能力以及星箭系统的动力学特性. 本文对包带连接结构的局部连接特性及其对星箭整体系统动力学特性的影响进行了综述. 首先介绍了国内外针对包带连接特性开展的研究工作, 重点评述了有关包带连接结构的承载能力和连接刚度等问题的研究进展; 随后, 围绕包带连接结构在星箭系统模型中的表征及其对星箭系统动特性的影响等问题, 对星-箭-包带耦合动力学进行了论述; 最后, 指出了这一领域需要进一步研究的若干问题.      

飞机典型结构件的声疲劳实验研究

飞机典型结构件为蒙皮、框和长桁组成的双向双加筋的九格壁板结构.利用高声强行波管系统,以典型试件中心格的第一阶频率为中心、1/3倍频程为带宽的窄带随机谱激励,再现壁板结构的声疲劳破坏方式.通过原始状态的典型试件的两次预试验,发现了原典型结构件的设计缺陷.采用三种方式对原结构框的两端进行了支持加强,得到各种支持状态下的声疲劳破坏形式.     

航空用复合材料加筋板冲击后剩余剪切强度研究

为准确预测受冲击后复合材料结构的剩余强度,以航空用复合材料加筋壁板为研究对象,基于层内损伤和内聚力理论,建立了冲击-剪切全过程仿真分析模型,并通过开展冲击-剪切试验,进行了结果对比分析．结果表明：冲击-剪切全过程仿真分析模型中第一分析步可以较为精确地预测出冲击试验的凹坑深度、分层损伤面积以及损伤外观形貌;同时,第二/三分析步也可以较为精确地预测出冲击后剪切试验的破坏载荷、破坏模式．     

含预置损伤复合材料加筋板的单轴压缩屈曲分析

通过试验和有限元方法分析了单轴压缩下加筋板的失效模式.研究了三种预置损伤位置及四种损伤尺寸的复合材料T型加筋板的线性及非线性屈曲行为,比较了损伤对临界屈曲载荷和最大失效载荷的影响.研究结果表明:损伤位置在桁条间蒙皮时,损伤的尺寸对其临界屈曲载荷和最大失效载荷影响较小;损伤位置在桁条区蒙皮时,加筋板的临界屈曲载荷随损伤尺寸的增加而明显降低,最大降低50%;损伤位置在桁条边凸缘处蒙皮时,加筋板最大失效载荷所受影响随损伤尺寸的增加而明显降低,最大降低25%.从而得到了复合材料加筋板临界屈曲载荷比和最大失效载荷比与损伤位置及尺寸的关系图.     

金属损伤复合材料胶接修补结构力学试验研究

为评估金属损伤复合材料胶接修补结构的剩余强度和剩余寿命,进行了含腐蚀和疲劳损伤LY12CZ航空铝合金板碳/环氧复合材料补片胶接修复结构的力学性能试验,分析了在静拉伸和疲劳载荷作用下修补结构的破坏模式、失效机理。试验研究发现:复合材料胶接修补技术有效改善了腐蚀和疲劳损伤这两类损伤区域的受力状况,恢复了其载荷传递路线,其静拉伸失效形式为金属韧性断裂后胶层脱粘的分步渐进式破坏;与含损伤未修补试样相比,胶接修补大幅度提高了试件的剩余强度和剩余寿命恢复率,修补后铝合金试件承载能力增加了约25%,疲劳寿命增加至修补前的约4倍~5倍。     

基于动态显式分析的复合材料盒段失效模拟

为了研究复合材料结构失效过程并为强度设计提供分析依据,对结构进行失效模拟。在静态隐式分析中,材料的失效和破坏常常导致严重的不收敛。针对复合材料多墙盒段结构,采用动态显式分析方法对弯曲载荷工况进行了试验模拟。壁板和墙均采用层壳元,在上壁板中面嵌入一层体元模拟层间失效,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,并进行渐进式失效分析。分析表明,动态显式分析避免了不收敛问题,能比较准确地模拟复合材料盒段的失效过程,无论是应变、屈曲载荷、破坏载荷,还是破坏形式,分析结果均与试验结果吻合较好,屈曲载荷、破坏载荷的预测值与试验结果误差在7%以内。表明本文方法可以满足工程设计和分析要求。     

考虑损伤和界面脱粘的复合材料加筋板稳定性试验与模拟研究

对复合材料帽型加筋板的压缩稳定性进行了试验研究,并在包含复合材料多种损伤模式和胶层损伤的条件下,对加筋板失稳及损伤演化特征开展了有限元分析.试验与模拟结果表明:在加筋壁板失稳前,基体、纤维、加强筋和壁板之间的胶层均未产生明显损伤,加筋板的失稳会导致快速的损伤演化;壁板近表面损伤较内部严重,胶层界面脱粘降低了壁板的极限承载能力;考虑损伤的模拟结果与试验相符性好,证明了该方法的可行性和有效性.     

侵彻过程中弹引螺纹连接结构振动特性研究

针对侵彻过程中的弹引系统,对弹引螺纹连接结构振动特性进行了研究,建立了弹引螺纹连接结构弹性模型。在模型中,充分考虑了螺纹载荷分布不均匀的特性,不但给出了螺纹载荷分布规律,还给出了螺纹连接结构的等效刚度和振动频率;同时,为了验证模型的正确性,对弹引螺纹连接结构的拉伸和冲击过程进行了有限元仿真和试验,分别通过对弹引系统各结构振动特性的计算和对实测过载信号进行时频分析得到了系统的频率特性;将弹引系统的振动频率与实测过载信号的时频分析结果进行了对比。分析计算和试验结果发现:与静载荷时相比,冲击载荷作用下第一扣螺纹承受的载荷更大;螺纹连接结构的刚度明显小于固连结构;增加螺纹材料刚度、增加螺纹旋合长度、减小螺距能够有效增加螺纹连接结构固有频率;在侵彻过载测试信号的时频分析结果中明显存在与螺纹连接结构的振动频率一致的振动信号,并且该频率成分的信号幅值很高,对过载信号影响很大。     

舱内爆炸载荷下箱型舱室角隅连接结构设计

通过有限元软件LS-DYNA建立了舱内爆炸载荷下箱型舱室动响应数值模型,并借助文献试验结果验证了数值模型的可靠性,研究了平板型、内凹型、外凸型、箭头型、箭矢型、背面弧型等6种角隅连接结构对舱内爆炸载荷下箱型舱室变形、特征位置压力和破坏模式的影响,分析了内爆效应下角隅连接结构的失效机理。数值结果表明:舱壁角隅位置是舱内爆炸载荷作用下舱室易发生破坏撕裂的特征位置;相比无连接结构,平板型连接结构对舱壁最大塑性变形改善最大,降低幅度达到了31.9%;背面弧型连接结构能够使箱型舱室角隅等效塑性应变降低约60%;设置连接结构能够改变高塑性应变的发生位置,进而改变箱型舱室的破坏模式;采用平板型、内凹型、背面弧型连接结构的箱型舱室能够有效避免角隅失效破坏。     

A3钢钝头弹撞击45钢板破坏模式的试验研究

为了研究破片模拟弹的终点弹道效应,进行了不同质量A3钢钝头弹(弹径25 mm)撞击45钢板的试验研究,其中A3钢强度弱于45钢。在约200～800 m/s的撞击速度范围内,随着撞击速度的增加,分别观察到弹体出现泰勒撞击、向日葵型花瓣帽形失效及靶板冲塞穿甲三种破坏模式。伴随弹体和靶体经历的不同结构破坏模式,弹材和靶材也经历着相当复杂的材料失效。     

考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证

研究了考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证和确认方法,提出了不确定参数选择的相关性和敏度分析方法以及基于面积度量的模型评估方法.针对化铣整体壁板,开展了有限元屈曲模型验证研究,首先利用8件试验件,获得了壁板屈曲载荷的试验值,然后依据试验加载情况,建立了考虑试验台的壁板有限元模型,最后利用面积度量方法对有限元模型进行了验证和确认.本文的模型验证和确认方法可为其他工程结构开展类似的工作提供借鉴.     

带接头在役混凝土电杆受力性能试验研究

为了揭示在役混凝土电杆连接接头的破坏机理和承载性能,进行了6根两类不同杆长、跨中带钢圈接头的混凝土电杆的抗弯承载力试验,通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,获取了弯矩-挠度曲线、裂缝宽度-弯矩曲线、刚度退化规律曲线以及极限弯矩等重要指标.对比分析了两种杆长试件的承载力和刚度变化规律,并通过试验拟合,提出了相关刚度退化规律公式.研究结果表明,试件所具有的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢圈不屈服,破坏具有明显的脆性;截面的平均应变符合平截面假定;杆长较短试件的极限承载力显著大于较长杆长的试件;裂缝宽度-弯矩曲线大致经历了4个阶段:即未开裂阶段、逐渐增长阶段、稳定发展阶段、快速开裂阶段;杆长较短试件的初始弹性刚度以及弹塑性刚度都比较长杆长试件的大;电杆连接接头的相对刚域范围对杆身受力性能具有极大的影响.     

横向交变载荷下TiCN/MoS2涂层螺栓的防松性能研究

基于自主设计的螺栓连接振动试验装置,系统研究了横向交变载荷下TiCN/MoS₂涂层螺栓分别与TiCN/MoS₂涂层螺母和无涂层螺母配合时连接结构的松动行为,并利用体式显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)和白光干涉仪等微观分析设备对试验后的螺纹表面进行损伤分析,深入讨论其磨损机理. 结果表明:在相同试验条件下,TiCN/MoS₂涂层螺栓比无涂层螺栓螺纹表面的损伤轻微,连接结构的松动程度更低;与无涂层螺栓螺纹根部相同等效应力状态下,TiCN/MoS₂涂层螺栓连接结构的预紧力可提高约10%,螺纹表面的损伤减轻,同时连接结构的松动程度进一步降低;TiCN/MoS₂涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损.      

中低速压缩加载下不同截面构型复合材料薄壁结构吸能特性及失效分析

为研究开剖面复合材料薄壁吸能结构的吸能特性,基于高速液压伺服试验系统,开展了开剖面复合材料薄壁结构轴向压缩试验,分析了截面构型、截面长宽比、触发模式及加载速度对其吸能特性的影响,揭示了其在压溃过程中的失效及吸能机理。研究结果表明,复合材料薄壁结构压溃过程中主要通过材料弯曲、分层、剪切破坏以及压溃区之间的摩擦吸能。截面构型对其吸能特性影响显著,其中,帽形及Ω形试件的平均压溃载荷较C形试件分别高出14.1%和14.6%,比吸能较C形试件分别高出14.3%和14.8%;截面长宽比对复合材料薄壁结构吸能特性的影响不如截面构型明显;触发模式主要影响吸能结构的初始压溃阶段,在降低峰值载荷方面,C形试件采用45°倒角触发效果更好,帽形试件采用15°尖顶触发效果更好;当加载速度从0.01 m/s提高到1 m/s时,C形、帽形及Ω形试件的平均压溃载荷分别下降了6.1%、10.9%和6.1%,比吸能分别下降了6.2%、11.0%和6.2%。     

A3钢钝头弹撞击45钢板破坏模式的数值分析

不同速度范围内的A3钢钝头弹撞击45钢靶板分别表现为泰勒撞击、向日葵型花瓣帽形失效和靶板冲塞穿甲等3种不同的破坏模式,利用LS-DYNA对这种复杂的破坏机理和相应的影响因素进行了数值模拟研究。采用Johnson-Cook强度模型和累积损伤失效模型描述弹靶材料的力学性能,并考虑了塑性变形的绝热温升效应。数值模拟再现了不同破坏模式的失效过程,得到了与实验一致的结果。研究还指出,弹靶的冲塞穿甲实际是在高速撞击下,弹体发生花瓣帽形变形失效后继续穿甲靶板的后续结果。