复合材料和钛合金开孔平板有限元分析

碳纤维复合材料圆梁弯曲振动有限元分析

交通工程中大量使用信号灯架,其质量、耐久性、造价是工程建设的重要指标.笔者介绍了复合材料的性能,用大型结构分析软件ansys对玻璃钢复合材料制作的红绿灯架进行了有限元分析,并与普通钢材红绿灯架进行了分析和比较.

利用ansys大型分析软件,建立属于表面非线性和材料非线性相耦合问题的复合材料锚杆螺纹螺帽联接的弹塑性轴对称接触有限元模型。对复合材料锚杆螺纹螺帽在间隙配合时轴向载荷作用下的应力应变场进行了数值计算。计算结果表明,复合材料锚杆螺纹螺帽联接能够满足煤矿安全生产的强度和刚度要求,为复合材料螺纹螺帽联接的设计提供了理论依据,对复合材料锚杆螺纹螺帽联接在工程实际中的推广使用有着重要的意义。

通过对w型钢带的结构和材料的改进,设计出复合材料π型带,并与w型钢带进行了有限元分析比较,得出了复合材料π型带优于w型钢带的结论。

复合材料密封圈非线性大变形的有限元分析

采用非线性接触模型,建立了复合材料密封圈的大变形有限元方程,分析了这种密封圈在不同压缩量,不同减压槽半径以及不同接触区域尺寸下的变形和接触压应力的变化规律,得出密封圈安装固定与其压缩量、减压槽半径、接触区域尺寸等因素之间的关系。结果表明:密封圈的接触压应力主要是发生在密封圈的一些关键部位,其中最大压力发生在角点,在安装定位面上存在小的接触压应力,并且认为有这种接触应力存在时,安装是到位的。综合考虑过盈量、减压槽半径及各点的接触压应力与减压槽的变形率之间的关系,推荐使用0.04~0.08mm的径向安装过盈量,0.2~0.5mm的减压槽半径,减压槽变形率在25%~30%之间的密封圈比较合适。

通过有限元方法对四根纤维增强复合材料加固的钢筋混凝土梁的力学性能进行了分析。与试验研究的结果比较后得出,通过建立正确的分析模型,有限元分析可以有效地模拟加固梁的力学性能。同时,对有限元分析得到比试验结果较低的极限承载力的因素进行了探讨。

颗粒增强方法是实现材料高性能化的重要手段。预测颗粒增强复合材料的细观结构与力学性能的关系是实现材料增强增韧的基础。为更好地分析、设计和优化复合材料,需要引入多尺度计算模型来考察细观结构对宏观力学性能的影响。基于均匀化理论,采用voronoi有限元法对颗粒增强复合材料进行细观数值模拟,从而预测材料的宏观等效弹性常数,并直接得到材料的细观应力场。在细观尺度,首先假设满足平衡条件的应力场,采用voronoi应力单元建立余能泛函并得到细观控制方程,最终形成可直接求解的线性代数方程组,从而求得应力系数并得到细观应力场。在宏观尺度,利用商业有限元软件ansys来进行宏观结构分析。通过均匀化方法求得弹性模量的宏观平均值,将其输入ansys系统即可进行计算,由此把宏细观两个尺度耦合起来,可以对颗粒增强复合材料构成的结构体进行有效的力学分析。

采用有限元模型分析了加筋垫层在不同加筋密度和加筋间距下,加筋地基的沉降与加筋垫层的应力扩散,并同试验的实测结果进行了比较,得出了基于有限元分析方法的相关结论。

复合地基固结性状有限元分析与研究——采用水泥土搅拌桩为研究对象，对复合地基固结性状进行了有益的探讨。利用有限元计算对弱排水桩复合地基孔压消散的规律进行了分析与研究，得出了桩端处孔压随时间的变化规律，以及不同荷载作用下的孔压分布情况，并通过实测...

对三组复合墙板试件进行了平面有限元分析并与拟静力试验结果进行了比较,分析了骨架曲线、墙板裂缝分布及发展、钢筋应力分布等。分析表明,由斜拉筋连接的复合墙板在边框的约束下各部分能够很好地共同工作,其受力性能接近或优于普通实心剪力墙,为将复合墙板简化为普通实心剪力墙进行设计提供了试验和理论依据。边框面积的增大以及边框配筋的增加在一定程度上可以大大提高复合墙板的承载能力以及延性耗能性能,但要注意边框尺寸和配筋的匹配问题。

针对空间结构中常见的复合材料层合壳体结构发展了一种多层相对自由度层合壳元。这种实体型壳元既可以用较粗的网格很好地模拟层合壳,又易与三维实体单元相连接,使变厚度、带有补强的复合材料层合壳体等复杂结构得以正确建模。同时运用旋转周期有限元技术对大规模的空间复合材料层合结构成功实施了屈曲分析。数值算例验证了本文计算策略的有效性。

设计了四边简支板稳定性试验的加载、支承装置及试件,进行了中厚度钛合金板面内双向受压稳定性试验,测出了相应的极限压力pcr;并与ansys软件的非线性有限元计算的结果作了比较,两者基本吻合;说明中厚度钛合金板采用有限元稳定性分析,选用20节点solid186体单元并计及材料非线性,是可靠有效的。

本文以某六层砌体橡胶隔震支座与摩擦滑移支座的并联复合隔震结构为例,运用有限元分析程序,对该建筑的一般抗震结构和并联复合隔震结构分别进行了地震作用下的有限元时程分析,结果显示:并联复合隔震结构能够降低上部结构的地震反应,提高建筑物的抗震能力,有明显的隔震、减震效果。

复合斜拉索是在传统钢斜拉索的外层包裹碳纤维材料,让碳纤维和钢材优势互补,使斜拉索的工程性能得到提高。应用有限元软件ansys及midas对复合材料斜拉索的静力性能和振动特性做了分析,计算得出:碳纤维复合拉索在几乎没有增加原钢丝索质量和截面面积的基础上,可有效地提高斜拉索的抗拉强度以及弹性模量;复合斜拉索的自振频率也有所提高,可以更好地避免斜拉索共振。

结合复合材料修正后的h-r混合变分原理,直接借助应力-应变关系,推导了新的应力模式,建立了复合材料层合板的杂交等参有限元列式。利用mathematica语言编程进行数值实例分析,其计算结果与相关文献的精确解以及abaqus软件建模分析结果对比,实例证明该方法所得到的各个静力学量更接近精确解,并且可用较少的网格划分得到较精确的解。

利用deform-3d有限元软件对金刚石涂层钻头钻削sicp/al复合材料的过程进行了动态仿真,分析了钻削速度、进给量对加工过程中刀具的轴向力、扭矩以及工件温度的影响。结果表明:随着进给量的增加,钻削过程中钻头的轴向力、扭矩和工件的温度都有所增加;随着钻削速度的增加,钻削过程中钻头的轴向力和扭矩的变化不大,但工件的温度随之增加。

针对中心带有圆孔的有限宽平板的应力集中问题,利用软件abaqus对其进行有限元分析。定义了孔边应力集中系数k和描述板宽与孔径相对尺度的特征参数ξ,研究得到了反映不同板宽下孔边应力集中程度的ξ-k关系曲线图,并将其与无限大板宽情形下的解析解进行比较,给出解析解的适用范围。在此基础上,数值分析了不同形状的椭圆孔口应力集中问题,并对椭圆尖端奇异性进行简要讨论。

对复合材料开孔层合板有限元建模过程中网格划分方法进行量化研究。应用参数化的方法建立多种板宽孔径比、多种铺层比例的开孔层合板模型,逐级调整网格密度,计算单轴拉伸载荷作用下孔边最大应力集中系数。根据有限元结果,结合牛顿插值的数值计算方法,模拟出开孔层合板合理的网格密度划分方程。然后,对该网格划分方程下计算的数值解进行试验验证与解析解验证。结果表明,这种网格密度划分方程能有效地降低计算误差,可以在板宽孔径比大于3的复合材料开孔层合板的有限元计算中广泛使用。

本文介绍了有限元软件abaqus的有限元建模和仿真分析的过程,并且应用abaqus对层合板/夹层板的热膨胀和热弯曲问题进行分析,建模过程中分别采用实体单元和壳单元两种不同单元建模,分别对两种单元建立模型的热膨胀和热弯曲问题仿真分析。通过与精确解的比较可以得出：实体单元可以更好的应用于复合材料层合/夹层结构的热膨胀和热弯曲问题。具有一定的工程指导意义。

对于高压压力容器,按常规等面积法设备开孔壁厚较厚,在开孔接管连接部位有很大的应力集中。应用有限元方法,对内压工况下设备开孔进行应力分析,同时按照jb4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》进行应力评定。分析表明,有限元分析设计更为经济可靠,为高压容器厚壁开孔的优化设计提供有力的计算依据。

复合材料是一种比强度和比模量均较高的材料,通过铺层角的优化设计,在一定范围内还可以改变其性能,提高其承载能力。复合材料已在大型风机叶片结构设计中获得成功应用。叶片是风力机受力最为复杂的部件,也是最重要的部件之一。风力机想要获得较高的风能利用系数和较大的经济效益,其基础就是设计良好的叶片。近年从全球风力发电的现状和趋势来看,风电装机容量逐年上升,其根本原因就在于风力发电所具有的环保性和可再生性,因此风力发电还有巨大的发展空间。本文结合叶片的工作特性对某大型风机复合材料叶片进行了有限元分析,为保证风机叶片结构设计的可靠性及经济性提供了依据。