胶接体系的胶接强度、粘结能及损伤破坏研究

胶接是指一种用粘合剂实现连接和固持的方法,胶接形式的金属薄板在汽车工业,建筑业以及航空航天领域有着广泛的应用.论文采用有限元模拟方法,研究了该胶接体系在受载状态下的滑剪破坏行为,重点关注了胶层粘结能,搭接长度,胶层厚度对胶接接头承载能力的影响,同时初步探讨了胶层的界面损伤情况.胶层粘结能的提高能够显著提高接头的承载能力.此承载能力受搭接长度和胶层粘结能的共同影响,较大的粘结能情况下,提高搭接长度能够显著提高接头的承载能力.胶层厚度对接头的承载能力也存在影响,在论文考虑的厚度范围内,提高厚度能够增强接头的承载能力.最后初步考虑了接头在达到载荷峰值时刻的胶层损伤情况.     

缝合复合材料泡沫夹层结构稳定性研究

随着复合材料结构在航空航天领域的应用日渐广泛,非主承力结构壁板趋向于采用高比刚度的泡沫夹层结构。采用缝合工艺虽能提高泡沫夹层结构的面外性能和层间性能,但对泡沫夹层结构其它性能的影响并不明晰。通过压缩稳定性试验对泡沫夹层结构的稳定性进行研究,夹层结构分别采用单向带面板和织物面板。研究对象包括未缝合泡沫夹层结构和不同缝合密度的缝合泡沫夹层结构。试验结果表明:缝合会降低泡沫夹层结构的稳定性,缝合密度增加时,泡沫夹层结构稳定性性能降低。     

含多源损伤的胶接修补结构有限元分析方法

采用有限元法研究含多源损伤结构的胶接修补问题,利用二维三层有限元模型对损伤区进行了数值模拟,并选取典型多源损伤情况中含共线双裂纹铝板结构为算例,详细分析了含多裂纹胶接修补结构中两裂纹相对位置、补片尺寸、铺层和厚度对应力强度因子的影响.结果表明,复合材料胶接修补可明显降低含共线双裂纹母板的应力强度因子;对于确定的裂纹和应力场,应对复合材料补片长度和厚度等参数进行优化设计,以获得最佳的修补效果.     

泡沫夹层在抗爆复合结构中作用的实验研究

首先对夹芯泡沫材料的力学性能、动态响应和性能特性进行了简单探讨,然后通过钢筋混凝土、泡沫夹层、钢板混凝土复合结构的抗爆实验,对夹芯泡沫材料的主要特点及其在复合结构中的作用机理进行了研究.结果表明:泡沫夹层对爆炸冲击波具有很好的衰减作用,且这种衰减作用随输入压力的增大而增大.这种特性可使爆炸产生的相对集中的局部压力转化为...     

含裂纹金属薄板胶接补强的应力分析

本文应用弹塑性有限元分析胶接补强的含裂纹薄板结构,剪切单元被改进使之可连结平面等参单元并用于分析胶层应力。计算了补强后裂纹板的应力强度因子,并将计算结果与实验数据作了比较,分析表明,胶接补强可显著降低裂尖的应力集中,使裂纹板内应力分布趋于均匀。     

复合材料胶接修理损伤金属结构的研究现状

损伤金属飞机结构的复合材料补片胶接修理技术是一项经济而有效的结构延寿方法．详细 叙述了这种修理技术的优缺点及其技术要点,涉及的内容包括胶粘剂的选择、补片材料和参数设计、 表面处理、无损检测和试验验证等．介绍了国内外对该项先进修理技术的研究现状和在飞机结构上 的实际使用情况．评述了现有的理论分析和试验研究方法及其结果．      

泡沫铝夹层结构抗冲击性能的近场动力学模拟分析

针对某光学舱所采用的泡沫铝夹层防护结构在破片冲击下的抗冲击性能问题,采用Monte-Carlo方法创建了泡沫铝结构的二维细观模型,在常规态型近场动力学理论中引入了Mises屈服准则和线性各向同性强化模型,建立了近场动力学塑性本构的数值计算框架。基于近场动力学计算程序模拟了低速冲击作用下泡沫铝夹层结构的塑性变形以及有机玻璃背板的裂纹扩展形态,分析了泡沫铝芯材孔隙率对该夹层结构抗冲击性能和损伤模式的影响规律。结果表明：泡沫铝夹层结构良好的塑性变形能力是其发挥缓冲与防护作用的主要因素,并且在一定范围内,泡沫铝芯材孔隙率越高,则夹层结构具有更好的抗冲击性能;当泡沫铝孔隙率从0.4提升到0.7时,泡沫铝对冲击物的动能吸收率从90%提高到99%;模拟结果与实验结果具有较好的一致性,验证了模拟结果的准确性和分析结论的有效性。通过数值模拟,预测了有机玻璃背板的裂纹扩展形态,发现提高泡沫铝的孔隙率能获得更好的防护效果。     

考虑破坏时复合材料结构的分析

本文考虑复合材料结构发生局部破坏时的分析问题,这是一个非线性问题。本文引入带步长限制的变步长增量载荷方案作为解决这一问题的工程途径。用有限元法作为结构分析的基本手段。经试验结果对比,初步表明该方案是可行的。     

CFRP复合材料构件胶接特性及失效规律研究

对不同铺层方式和不同胶层厚度的复合材料胶接单搭结构(SLJs)的连接性能进行了研究。使用内聚力模型模拟了SLJs的胶层退化及失效过程,通过与实验对比验证了数值模型的有效性;基于改进后的三维Hashin失效准则,模拟了复合材料层合板的损伤演化。结果表明：胶层的退化形态及失效规律与胶层粘连的复合材料铺层角度密切相关,当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为0°时,胶层会退化形成椭圆环状;当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为45°或-45°时,胶层会退化形成上下中心对称的水滴状;当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为90°时,胶层会退化成沙漏状。0°铺层与胶层相邻时,结构的极限失效载荷最大,此时复合材料未出现损伤;当90°铺层与胶层相邻,结构的极限失效载荷最小且复合材料出现基体损伤、纤维损伤和分层损伤。胶层厚度在0.05～0.5mm时,复合材料胶接单搭结构的连接性能最好,当胶层厚度大于0.5mm,结构的连接性能会大幅下降。     

剪胶接结构的混合模式断裂分析

给出了Ｇｏｌａｎｄ－Ｒｅｉｓｓｅｎｅｒ型剪接结构的Ｊ积分表达在被粘物体小转角和胶层很薄的假设下与路径无关。Ｊ积分代表胶层厚度与胶层内最大能量密度的乘积。对单剪接接头，本文计算了裂纹在胶层内和界面上两种情况下的局部Ｉ型和Ⅱ型应力强度因子之比，即局部载荷相角，从而给出了单剪接接头的断裂判据。     

复合材料层合板单搭胶接力学性能检测技术与分析

胶接工艺缺陷对单搭胶接接头的拉伸剪切性能有着重要的影响。为了研究不同单搭接胶接层厚度对不同材质复合材料层合板胶接性能的影响规律,通过喷水穿透法超声C扫描对试样的剪切区域进行无损检测,并分别采用1mm、2mm、4mm的胶层厚度,以碳纤维/玻璃纤维复合材料层合板为被粘物,进行单搭胶接拉伸剪切性能试验。检测及试验结果表明:当胶层厚度h1mm时,对于相同材料的被粘物,胶层厚度越大,试件胶接接头剪切强度越小;相同的粘接剂厚度,以碳纤维增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头剪切强度大于以玻纤增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头强度;胶粘剂与碳纤维被粘物表面的润湿效果要优于胶粘剂与玻纤被粘物表面的润湿效果。     

Thermoelastic analysis of multiple defects with the extended finite element method

In this paper, the extended finite element method (XFEM) is adopted to analyze the interaction between a sin-gle macroscopic inclusion and a single macroscopic crack as well as that between multiple macroscopic or micro-scopic defects under thermal/mechanical load. The effects of different shapes of multiple inclusions on the material thermomechanical response are investigated, and the level set method is coupled with XFEM to analyze the interaction of multiple defects. Further, the discretized extended finite element approximations in relation to thermoelastic prob-lems of multiple defects under displacement or temperature field are given. Also, the interfaces of cracks or materials are represented by level set functions, which allow the mesh assignment not to conform to crack or material interfaces. Moreover, stress intensity factors of cracks are obtained by the interaction integral method or the M-integral method, and the stress/strain/stiffness fields are simulated in the case of multiple cracks or multiple inclusions. Finally, some numer-ical examples are provided to demonstrate the accuracy of our proposed method.     

舱内爆炸载荷及舱室板架结构的失效模式分析

通过对典型半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察,结合数值模拟,分析了舱内爆炸载荷的特征以及舱内爆炸下舱室板架结构的失效模式。结果表明,舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷及失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载荷及失效模式有较大区别,其动态响应难以用敞开环境爆炸下加筋板结构的动态响应描述;舱内爆炸载荷主要有壁面反射冲击波、角隅汇聚冲击波以及准静态气体压力,其中两壁面和三壁面角隅汇聚冲击波的强度分别为相同部位壁面反射冲击波强度的5倍和12倍以上;舱室板架结构主要有4种失效模式,其中模式Ⅲ、Ⅳ较常发生;舱室板架结构加强筋布置在迎爆面将使板架中部的局部破坏程度增加,但有利于削弱角隅汇聚冲击波强度,减小板架沿角隅部位的撕裂破坏。     

The coupling method for torsion problem of the square cross-section bar with cracks

By coupling natural boundary element method (NBEM) with FEM based on domain decomposition, the torsion problem of the square cross-sections bar with cracks have been studied, the stresses of the nodes of the cross-sections and the stress intensity factors have been calculated, and some distribution pictures of the stresses have been drawn. During computing, the effect of the relaxed factors to the convergence speed of the iterative method has been discussed. The results of the computation have confirmed the advantages of the NBEM and its coupling with the FEM. Foundation item: the State Key Laboratory of Science and Engineering Computation Biography: ZHAO Hui-ming (1971-)     

拱脚结构的模型实验与有限元分析

本文应用环氧树脂材料浇铸成某大跨度桥梁预应力拱脚模型,采用精密铸造成型方法做出模型中的四条索道孔。用自行研制的传感器施加四条模拟钢索的索力,通过专门设计的加载装置,使用精确的滑轮导向,在5个截面上分别施加剪力Q、弯矩M和轴力N,并考虑自重载荷,进行了电测模型实验。应用ANSYS软件对拱脚实际结构进行了有限元分析,根据模型实验时索与索道孔壁的接触情况建立了力的边界条件,使有限元计算与真实情况接近,计算误差大为减小。同时将实验与有限元分析结果进行了比较,变化规律一致,数值较为接近。对拱脚的优化设计提供了重要的参考依据。     

铁路道床有砟-无砟过渡段动力特性的DEM-FEM耦合分析

针对铁路道床有砟-无砟过渡段的结构特点,采用离散元-有限元耦合模型分析散体道砟和无砟道床间过渡段的动力特性。散体道砟道床和无砟道床分别采用离散元方法 DEM和有限元方法 FEM模拟,而在过渡段将道砟颗粒嵌入无砟道床以增加道砟颗粒与无砟道床间的咬合力,并在离散元和有限元耦合区域实现了力学参数的传递。采用以上DEM-FEM耦合方法对有砟-无砟道床及其过渡段在列车荷载作用下的沉降过程进行了数值分析。计算结果表明,离散元方法中道砟颗粒间的力链呈现非对称梯形分布,其与有限元方法中的应力分布趋势一致;采用嵌入式道砟颗粒的方法可以增加有砟-无砟过渡段道砟间的咬合力,有效约束道砟颗粒的位移,减少有砟-无砟道床间的沉降差异。本文计算模型可以合理地分析有砟道床的力链分布以及无砟道床的应力分布,确定列车荷载下道床有砟-无砟过渡段的动力学行为。     

含裂粘补结构胶层剪应力的计算

提出了一种计算含裂粘补结构胶层剪应力的新方法。采用有限元计算补片的影响系数，使用已有解析解计算蒙皮的影响系数。利用位移协调条件，列出有限多组联立方程。解出含裂粘补结构胶层剪应力。计算结果较好的反映了含裂粘补结构胶层剪应力的实际变化趋势，该方法同样可应用于其他结构如高梯度基膜复合材料剪应力的计算。     

基于有限元方法对人工径向裂纹薄圆板振动辐射声场的研究

在有限元模态分析的基础上，提取了含人工径向裂纹的周界固定薄圆板各单元的相关参数，并将瑞利积分离散化后进而计算了裂纹圆板辐射声场的轴向声压分布和r=0．5m球面上声场指向性。结果表明，径向裂纹不仅使模态裂解为关于裂纹的对称模态和反对称模态，而且使声场分布有显著的变化。通过完整圆板辐射声场计算验证了本文提出方法的正确性。可用于求解任意形状穿透裂纹薄圆板辐射声场的计算。     

刚构连续梁桥墩梁固节点结构的光弹性试验及有限元分析

某铁路特大桥的主桥部分采用预应力混凝土刚构连续梁桥,本文采用光弹性模型冻结应力法对该刚构连续梁桥墩梁固节点结构进行了应力分析,给出了结构边界应力分布和主应力迹线。应用ANSYS软件对墩梁固节点实际结构进行了有限元计算。将实验与有限元分析结果进行了比较,结果表明,实验应力分析法与有限元数值法吻合较好。在有限元分析中,对墩梁固节点结构梁端加载边界的影响区进行了研究,通过合理选择梁的长度可以有效减小局部应力。模型实验和有限元计算的结果为结构的优化设计提供了重要的依据。     

基于模态缺陷的受压球壳屈曲特性研究

针对受压球壳非线性屈曲过程,对含初始缺陷受压球壳的稳定性进行研究。根据EN1993-1-6（2007）规范,给出不同制造等级壳体的等效缺陷值计算方法;基于线性特征值分析的模态构型给出初始缺陷的分布。利用非线性有限元弧长法对球壳受压失稳过程进行数值模拟,得到屈曲前后球壳变形情况及全过程载荷-位移曲线。计算一致缺陷模态法和N阶缺陷模态法对应的球壳屈曲临界载荷,结果表明,受压球壳对缺陷较敏感,承载能力随缺陷值增大而降低;一致缺陷模态法计算便捷,在工程应用上具有合理性,N阶缺陷模态法考虑高阶模态缺陷构型,结果更加全面,可以为工程中缺陷结构稳定性设计提供参考。