含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲问题研究

该文利用各向异性体弹性理论中的复势方法,以Faber 级数和保角映射为工具,对含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲问题进行分析,得到了含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲的级数解形式,给出了无限大薄板在受到弯曲载荷时孔边的应力分布,并讨论了孔距、孔的数量、排列方式、椭圆度、材料的各向异性对孔边应力分布的影响,得到了有益的结论.该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等优点.     

典型加筋板结构面内裂纹偏转与扩展行为分析

为研究筋条截面形式和多部位损伤对整体加筋板裂纹偏转行为和断裂特性的影响,采用断裂力学和有限元方法对其进行分析.首先建立整体加筋板疲劳裂纹扩展模型,通过与裂纹扩展速率试验进行比较验证模型可靠性;在此基础上讨论筋条截面形式对裂纹断裂参量和转折行为的影响;最后对多裂纹问题进行研究.结果表明:筋条截面形式对断裂参量的影响并不显著,裂纹偏转行为在远离筋条区域扩展时发生的可能性最大;多裂纹情况下裂纹并不会转折,而是笔直扩展进而连通成一条大裂纹,同时由于相邻裂尖的强烈干涉,造成应力强度因子剧增,加速裂纹扩展,进而严重缩短了扩展寿命,因此需采用有效的修补手段来提高结构的剩余强度和使用寿命.     

复合材料层板低速冲击后疲劳性能实验研究

通过对T300/5405复合材料层板进行低速冲击后的压-压疲劳实验,研究含不同冲击损伤层板的压缩性能与其在多级应力水平下的疲劳寿命与损伤扩展,并讨论冲击能量、应力水平、损伤扩展对层板疲劳寿命的影响。结果表明:冲击损伤明显降低层板的剩余强度;在低应水平下,冲击能量越大,含冲击损伤层板的疲劳寿命越小;疲劳实验中损伤经历平稳扩展和快速扩展两个阶段,其中平稳扩展阶段约占总体寿命的80%,快速扩展阶段约占总体寿命的20%,损伤扩展速率随着应力水平降低而减小。     

梯度钛合金裂纹扩展速率测试及梯度对扩展寿命影响

为明确梯度材料中裂纹扩展速率分布情况,对含裂纹TC11-TC4以及TA15-TA2两种组合梯度钛合金进行标准三点弯疲劳试验。试验结果表明:梯度结构中不同部位的相同组分扩展性能相同,给出了4种3D打印组分钛合金的Paris公式;梯度材料组分弹性模量的变化会改变裂纹尖端应力强度因子,对位于模量较低一侧的裂纹扩展有抑制作用;过渡层影响厚度范围内裂纹扩展速率介于两种组分之间且连续过渡,表明梯度材料可以消除异种材料连接的界面效应,提出基于组分材料体积分量的混合率描述梯度层中扩展性能的分布规律;恒定载荷试验中仅扩展方向不同情况下寿命有显著差别,验证了合理安排梯度参数可提高结构出现裂纹后的生存能力,其中扩展性能以及模量的变化分布对扩展寿命均有影响。     

飞机壁板结构击穿的数值模拟

为了分析飞机壁板结构受到常规弹道速度(500～1000m/s)下地面火炮攻击时的动态响应和形成的损伤,应用大型动态非线性有限元分析软件MSC.Dytran建立刚性弹体高速垂直撞击侵彻方形薄靶板的三维模型,采用Johnson-Cook应变率相关材料本构模型,模拟在不同的射弹碰撞速度下薄靶板的侵彻击穿过程,讨论了带加强筋薄靶板和具有初始应力的薄靶板的破坏、损伤情况。模拟结果表明,加强筋可以在一定程度上抑制靶板结构的破坏和损伤,处于承载状态下的薄板被射弹击穿后会造成更大的破坏,使承载能力迅速下降。     

考虑脱粘的复合材料加筋板屈曲后屈曲及承载能力数值分析

建立了复合材料层合加筋壁板的屈曲后屈曲有限元分析模型。该模型采用界面单元以有效模拟筋条和壁板之间的连接界面, 连接界面和复合材料层板分别采用Quads和Hashin失效准则作为失效判据, 引入材料刚度退化模型, 采用非线性有限元方法, 研究了复合材料加筋壁板在压缩载荷下的前后屈曲平衡路径及破坏过程。数值分析结果与实验结果吻合良好, 证明了该方法的合理有效性。详细探讨了筋条尺寸及界面单元强度等参数对加筋壁板屈曲后屈曲行为及承载能力的影响规律, 研究表明增加筋条截面惯性矩及筋条密度在一定程度上能有效提高加筋板的屈曲载荷与极限强度, 筋条密度增加到一定程度会引起结构破坏形式由失稳破坏?湮顾跗苹? 界面强度与铺层方式对极限强度有重要影响, 界面脱粘是引起加筋板最终破坏的重要因素。      

三维编织复合材料渐进损伤模拟及强度预测

采用考虑纤维束相互挤压的纤维束截面八边形单胞模型, 引入周期性边界条件, 对三维编织复合材料的渐进损伤过程进行数值模拟, 并预测了材料的拉伸强度。通过在应变能密度函数中引入损伤状态变量, 建立了含损伤材料的刚度矩阵, 运用基于不同失效模式下损伤状态变量的刚度渐进折减法表征材料积分点损伤, 通过数值结果与试验结果的对比, 分析了Hashin和Tsai-Wu两种准则作为判定纤维束起始损伤的适用性。分析表明: 基于引入不同失效模式的Tsai-Wu准则的数值模拟和试验结果吻合良好; Hashin准则不适合作为编织纤维束的损伤判据; 不同编织角材料的失效机制不同。      

复合材料层合板低速冲击损伤的有限元模拟

建立了用于预测复合材料层合板在低速冲击作用下损伤的3D有限元模型。采用应变描述的失效判据来判断铺层层内的各类损伤, 如纤维断裂、 纤维挤压、 基体开裂、 基体挤裂, 并结合相应的刚度折减方案对失效单元进行刚度折减。使用界面元模拟层间区域, 结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来定义分层损伤的起始和演化规律, 提出了一种界面元损伤起始强度沿厚度方向的分布函数。通过对数值仿真结果和实验结果的比较, 验证了模型的合理性和准确性。      

二维二轴编织复合材料几何模型及弹性性能预测

提出了二维二轴1×1和2×2编织复合材料的几何模型,模型考虑了纤维束的相互挤压及横截面的变化。基于细观分析和体积平均法,建立了预测二维二轴编织复合材料弹性性能的理论分析方法。数值结果与试验结果吻合,表明该方法行之有效,且具有运算快、精度高、适合工程分析等优点。分析了编织角、纤维体积含量和纤维束横截面形状对材料弹性常数的影响。研究表明,编织角对弹性常数的影响具有互补性,材料弹性模量与纤维体积含量成正比,纤维束截面形状变化对材料弹性常数影响不大。     

直升机机身下部复合材料典型结构耐坠特性研究

抗坠性能是武装直升机的一项重要要求,设计具有较高抗坠吸能性能的机身下部结构是实现直升机抗坠要求的主要技术途径。研究了多种形式的复合材料结构元件抗坠特性,在元件研究基础上优化选择复合材料波纹梁和厚蜂窝结构组合,提出了一种新颖的具有较高抗坠吸能性能的复合材料组件形式,并利用有限元理论及试验的方法进行了对比研究分析,计算结果和试验结果吻合较好。