2010年7月第36卷第7期 北京航空航天大學學報 journalofbeijinguniversityo faeronauticsandastronauticsjuly 2010vol.36no.7 收稿日期:2009-05-15 基金項目:國家自然科學基金資助項目(10902004 作者簡介:趙麗濱(1976-,女,副教授,黑龍江肇東人,lbzhao@buaa.edu.c n. 復合材料結構三維有限元分析的材料參數 趙麗濱秦田亮李嘉璽 (北京航空航天大學宇航學院,北京100191 付月 (北京航空航天大學航空科學與工程學院,北京100191 摘要:在調研現有文獻復合材料

本文介紹了有限元軟件abaqus的有限元建模和仿真分析的過程,并且應用abaqus對層合板/夾層板的熱膨脹和熱彎曲問題進行分析,建模過程中分別采用實體單元和殼單元兩種不同單元建模,分別對兩種單元建立模型的熱膨脹和熱彎曲問題仿真分析。通過與精確解的比較可以得出：實體單元可以更好的應用于復合材料層合/夾層結構的熱膨脹和熱彎曲問題。具有一定的工程指導意義。

主要對帶孔復合材料板和螺栓連接復合材料板的三維應力進行計算分析。通過計算分析發現,帶孔復合材料板在受單向拉伸時,在相同載荷(面應力)作用下,復合材料板的厚度對板的強度影響不大,隨著厚度的增加,板上最大應力值變化不大;對于帶孔板而言,孔的形狀對孔周邊應力集中程度影響比較大,孔為橢圓孔,并且長軸方向與載荷方向平行時,孔邊應力集中程度比較小;而當橢圓的短軸與載荷方向平行時,應力集中程度最大;孔為圓孔時,應力集中程度介于上面兩種形狀之間。對于多孔復合材料板計算發現,多孔板在受拉作用下,各個孔周圍應力分布與孔的位置有關,在距離板邊沿越近的孔,其周圍最大等效應力值越大;對螺栓連接板而言,螺栓的材料參數對板的應力分布影響不大,板上最大應力都位于孔的右端稍偏下位置;螺栓連接復合材料板在相同的載荷作用下,板上最大等效應力值隨螺栓的彈性模量的增大也相應增大

針對空間結構中常見的復合材料層合殼體結構發展了一種多層相對自由度層合殼元。這種實體型殼元既可以用較粗的網格很好地模擬層合殼,又易與三維實體單元相連接,使變厚度、帶有補強的復合材料層合殼體等復雜結構得以正確建模。同時運用旋轉周期有限元技術對大規模的空間復合材料層合結構成功實施了屈曲分析。數值算例驗證了本文計算策略的有效性。

碳纖維復合材料圓梁彎曲振動有限元分析

交通工程中大量使用信號燈架,其質量、耐久性、造價是工程建設的重要指標.筆者介紹了復合材料的性能,用大型結構分析軟件ansys對玻璃鋼復合材料制作的紅綠燈架進行了有限元分析,并與普通鋼材紅綠燈架進行了分析和比較.

利用ansys大型分析軟件,建立屬于表面非線性和材料非線性相耦合問題的復合材料錨桿螺紋螺帽聯接的彈塑性軸對稱接觸有限元模型。對復合材料錨桿螺紋螺帽在間隙配合時軸向載荷作用下的應力應變場進行了數值計算。計算結果表明,復合材料錨桿螺紋螺帽聯接能夠滿足煤礦安全生產的強度和剛度要求,為復合材料螺紋螺帽聯接的設計提供了理論依據,對復合材料錨桿螺紋螺帽聯接在工程實際中的推廣使用有著重要的意義。

通過對w型鋼帶的結構和材料的改進,設計出復合材料π型帶,并與w型鋼帶進行了有限元分析比較,得出了復合材料π型帶優于w型鋼帶的結論。

復合材料是一種比強度和比模量均較高的材料,通過鋪層角的優化設計,在一定范圍內還可以改變其性能,提高其承載能力。復合材料已在大型風機葉片結構設計中獲得成功應用。葉片是風力機受力最為復雜的部件,也是最重要的部件之一。風力機想要獲得較高的風能利用系數和較大的經濟效益,其基礎就是設計良好的葉片。近年從全球風力發電的現狀和趨勢來看,風電裝機容量逐年上升,其根本原因就在于風力發電所具有的環保性和可再生性,因此風力發電還有巨大的發展空間。本文結合葉片的工作特性對某大型風機復合材料葉片進行了有限元分析,為保證風機葉片結構設計的可靠性及經濟性提供了依據。

利用ansys大型分析軟件,建立屬于表面非線性和材料非線性相耦合問題的復合材料錨桿螺紋螺帽聯接的彈塑性軸對稱接觸有限元模型.對復合材料錨桿螺紋螺帽在間隙配合時軸向載荷作用下的應力應變場進行了數值計算.計算結果表明,復合材料錨桿螺紋螺帽聯接能夠滿足煤礦安全生產的強度和剛度要求,為復合材料螺紋螺帽聯接的設計提供了理論依據,對復合材料錨桿螺紋螺帽聯接在工程實際中的推廣使用有著重要的意義.

復合材料密封圈非線性大變形的有限元分析

采用非線性接觸模型,建立了復合材料密封圈的大變形有限元方程,分析了這種密封圈在不同壓縮量,不同減壓槽半徑以及不同接觸區域尺寸下的變形和接觸壓應力的變化規律,得出密封圈安裝固定與其壓縮量、減壓槽半徑、接觸區域尺寸等因素之間的關系。結果表明:密封圈的接觸壓應力主要是發生在密封圈的一些關鍵部位,其中最大壓力發生在角點,在安裝定位面上存在小的接觸壓應力,并且認為有這種接觸應力存在時,安裝是到位的。綜合考慮過盈量、減壓槽半徑及各點的接觸壓應力與減壓槽的變形率之間的關系,推薦使用0.04~0.08mm的徑向安裝過盈量,0.2~0.5mm的減壓槽半徑,減壓槽變形率在25%~30%之間的密封圈比較合適。

利用ansys有限元軟件對復合材料和鈦合金開孔平板進行強度分析,針對碳纖維復合材料具有各向異性和鈦合金具有各向同性的特點,在線性彈性范圍內采用有限元的數值解法對開孔平板進行強度分析.分析結果表明復合材料具有較高的承載能力,為復合材料開孔層合板在工程實際中的應用提供了參考依據.

通過有限元方法對四根纖維增強復合材料加固的鋼筋混凝土梁的力學性能進行了分析。與試驗研究的結果比較后得出,通過建立正確的分析模型,有限元分析可以有效地模擬加固梁的力學性能。同時,對有限元分析得到比試驗結果較低的極限承載力的因素進行了探討。

顆粒增強方法是實現材料高性能化的重要手段。預測顆粒增強復合材料的細觀結構與力學性能的關系是實現材料增強增韌的基礎。為更好地分析、設計和優化復合材料,需要引入多尺度計算模型來考察細觀結構對宏觀力學性能的影響。基于均勻化理論,采用voronoi有限元法對顆粒增強復合材料進行細觀數值模擬,從而預測材料的宏觀等效彈性常數,并直接得到材料的細觀應力場。在細觀尺度,首先假設滿足平衡條件的應力場,采用voronoi應力單元建立余能泛函并得到細觀控制方程,最終形成可直接求解的線性代數方程組,從而求得應力系數并得到細觀應力場。在宏觀尺度,利用商業有限元軟件ansys來進行宏觀結構分析。通過均勻化方法求得彈性模量的宏觀平均值,將其輸入ansys系統即可進行計算,由此把宏細觀兩個尺度耦合起來,可以對顆粒增強復合材料構成的結構體進行有效的力學分析。

本文通過管狀c/c復合材料的3d模型,推導出纖維體積分數的計算公式。用有限元分析軟件對管狀c/c復合材料進行了溫度場模擬。并在此基礎上,對不同溫度載荷下溫度分布情況進行了分析。結果表明,管狀c/c復合材料其傳熱能力能夠滿足不同溫度載荷條件下的傳熱要求。此法還可以進一步完成在不同溫度載荷下管狀c/c復合材料的熱應力分析。

結合復合材料修正后的h-r混合變分原理,直接借助應力-應變關系,推導了新的應力模式,建立了復合材料層合板的雜交等參有限元列式。利用mathematica語言編程進行數值實例分析,其計算結果與相關文獻的精確解以及abaqus軟件建模分析結果對比,實例證明該方法所得到的各個靜力學量更接近精確解,并且可用較少的網格劃分得到較精確的解。

對復合材料開孔層合板有限元建模過程中網格劃分方法進行量化研究。應用參數化的方法建立多種板寬孔徑比、多種鋪層比例的開孔層合板模型,逐級調整網格密度,計算單軸拉伸載荷作用下孔邊最大應力集中系數。根據有限元結果,結合牛頓插值的數值計算方法,模擬出開孔層合板合理的網格密度劃分方程。然后,對該網格劃分方程下計算的數值解進行試驗驗證與解析解驗證。結果表明,這種網格密度劃分方程能有效地降低計算誤差,可以在板寬孔徑比大于3的復合材料開孔層合板的有限元計算中廣泛使用。

采用有限元模型分析了加筋墊層在不同加筋密度和加筋間距下,加筋地基的沉降與加筋墊層的應力擴散,并同試驗的實測結果進行了比較,得出了基于有限元分析方法的相關結論。

重慶國際復合材料有限公司是一家以"科技興企"為核心理念而快速發展起來的國家高新技術企業;公司建有市級的技術中心及工程技術研究中心。總資產75億元,員工5200余人,是云南云天化控股的一家大型中外合資企業。作為中國三大玻璃纖維基地之一,公司經濟效益指標列同行業第一,產能居國內第二、全球第三,是國內最大的風電用紗、

用有限元方法計算了陶瓷基復合鋼管的溫度場及殘余熱應力,并分析了熱應力對陶瓷裂紋形成的影響在計算中,考慮了鋼管的塑性變形和材料物理參數隨溫度的變化

針對輸水涵管的破損問題,應用三維有限元計算方法,采用小尺寸鋼筋混凝土管進行結構分析對比,經工程實踐,證明其結構分析和設計能有效地解決存在的問題。