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复合材料轴结构力学性能预测及铺层方案设计

材料科学与工程学报 2016年第2期34卷 251-256,300页

作者：沙云东骆丽贾秋月赵奉同栾孝驰沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136

针对连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学性能预测问题,考虑纤维呈四边形和六角形两种周期性排列方式,基于细观力学有限元方法,建立六种代表体积元(RVE)模型,计算该材料的宏观力学性能参数,并与已有的三种细观力学模型计算结果进行对... 详细信息

针对连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学性能预测问题,考虑纤维呈四边形和六角形两种周期性排列方式,基于细观力学有限元方法,建立六种代表体积元(RVE)模型,计算该材料的宏观力学性能参数,并与已有的三种细观力学模型计算结果进行对比分析。在此基础上,以低压涡轮轴为研究对象,将选定的RVE模型预测所得的宏观力学性能参数应用于该纤维增强复合材料轴结构的铺层方案设计中,利用数值模拟方法计算该轴结构在给定弯矩、扭矩作用下的变形量和应力,并分析铺层角度、厚度及铺层顺序对轴结构抗弯、抗扭性能的影响规律。研究发现纤维按某种特定的铺层角度组合铺设,可有效提高轴结构的抗弯、抗扭性能,通过计算分析提出了铺层设计方案。

关键词：连续纤维增强金属基复合材料细观力学模型低压涡轮轴力学性能铺层方案

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碳纤维复合材料传动轴承扭性能优化设计

复合材料学报 2009年第6期26卷 177-181页

作者：胡晶李晓星张天敏韩华渠北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 河南省沁菱冷却设备有限公司沁阳454592

利用数值模拟分析的方法研究了铺层角度、厚度、顺序以及对称性对碳纤维复合材料传动轴抗扭性能的影响规律。研究发现结构抗扭截面系数在单向铺层方向为接近0°、45°及接近90°时较高,且随着铺层厚度增加而增大扭转刚度则在40°～70... 详细信息

利用数值模拟分析的方法研究了铺层角度、厚度、顺序以及对称性对碳纤维复合材料传动轴抗扭性能的影响规律。研究发现结构抗扭截面系数在单向铺层方向为接近0°、45°及接近90°时较高,且随着铺层厚度增加而增大扭转刚度则在40°～70°较好。在接近0°和接近90°铺层间铺设45°铺层能提高零件抗扭性能与反对称铺层方案相比对称铺层方案更有利于零件承受扭矩。将优化铺层方案应用在某型号风机传动轴的设计中,试验证明能够满足使用要求并达到节约原材料的目的。

关键词：碳纤维复合材料传动轴铺层方案扭转性能有限元分析

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CFRP缠绕周向内波纹耐压壳铺层优化设计

中国舰船研究 2024年第5期19卷 141-147页

作者：吴润泽孙建亮张旭齐铭方燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

[目的]为顺应深海潜航器耐压壳结构轻量化、高强度的发展趋势,提出碳纤维复合材料(CFRP)缠绕铝合金周向内波纹耐压壳的结构增强方法,并对其CFRP铺层方式进行优化设计分析。[方法]利用ABAQUS有限元仿真软件,通过改变CFRP铺层参数,根据复... 详细信息

[目的]为顺应深海潜航器耐压壳结构轻量化、高强度的发展趋势,提出碳纤维复合材料(CFRP)缠绕铝合金周向内波纹耐压壳的结构增强方法,并对其CFRP铺层方式进行优化设计分析。[方法]利用ABAQUS有限元仿真软件,通过改变CFRP铺层参数,根据复合材料层的层间应力分布情况,探究14层CFRP铺层下最佳缠绕角度,进而获得最佳铺层方式。并结合相关强度失效准则,对其强度进行校核。[结果]研究结果表明:CFRP增强周向内波纹耐压壳最优缠绕角度为40°,在铺层方式为(±40°2/±55°2/±70°2/90°2)时,层间应力分布较为均匀。该结构的强度满足实际使用需求,且其质量更轻。[结论]该结构可减轻深海耐压壳整体质量,推动深海耐压壳设计向轻量化方向发展。

关键词：碳纤维复合材料周向内波纹耐压壳缠绕角度铺层方案

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基于代理模型的航空发动机部件复材化设计

航空动力学报 2024年

作者：祝赫曹端兴李少林石多奇杨晓光齐红宇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室

结构复材化是航空发动机提高推重比的重要途径。针对反推叶栅复材化设计中，叶栅中各结构铺层方案设计因铺层角度和铺层顺序多变，难以确定最优铺层方案的问题，展开复合材料反推叶栅设计。首先采用遗传算法设计样本点，并对不同铺层方... 详细信息

结构复材化是航空发动机提高推重比的重要途径。针对反推叶栅复材化设计中，叶栅中各结构铺层方案设计因铺层角度和铺层顺序多变，难以确定最优铺层方案的问题，展开复合材料反推叶栅设计。首先采用遗传算法设计样本点，并对不同铺层方案的复合材料结构进行有限元分析，分析其变形、强度及刚度。其次建立代理模型，以反推叶栅中各特征结构工况载荷下变形、强度及刚度为目标，优化后对不同铺层方案进行有限元分析，综合对比得到最优铺层方案。最后，以反推叶栅中各结构最优铺层方案为优化结果建立复合材料反推叶栅模型，并与铝合金反推叶栅的变形、强度及刚度进行对比，验证了所选择复合材料铺层方案的优越性。

关键词：复合材料反推叶栅铺层角度铺层顺序代理模型铺层方案

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船舶复合材料轴系振动响应特性分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2023年第3期47卷 472-478页

作者：陈谦贾泽坤张冠军武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063

文中基于有限元法对钢质与复合材料轴系振动性能进行对比分析,研究了不同碳纤维铺层方案对轴系振动的影响.结果表明:在满足强度要求的条件下,复合材料轴系相比钢质轴系能更好的降低轴系所传递的激励及其引起的轴承基座振动;碳纤维层多... 详细信息

文中基于有限元法对钢质与复合材料轴系振动性能进行对比分析,研究了不同碳纤维铺层方案对轴系振动的影响.结果表明:在满足强度要求的条件下,复合材料轴系相比钢质轴系能更好的降低轴系所传递的激励及其引起的轴承基座振动;碳纤维层多角度铺设比单一角度铺设的减振效果更好,铺层厚度、±45°铺层角占比的增大均可提高复合材料轴系的减振效果,但铺层顺序的变化对减振效果影响较小.在相同工况下,复合材料轴系的减振效果优于钢质轴系,其振动响应特性主要受碳纤维铺层角度、厚度与铺层比例的影响.

关键词：碳纤维复合材料铺层方案有限元分析振动响应

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碳纤维复合材料矩形截面管抗弯性能研究

玻璃钢／复合材料 2017年第2期 64-68,31页

作者：袁威胡业发张锦光武汉理工大学机电工程学院武汉430070

针对碳纤维复合材料矩形截面管的抗弯性能,设计了五种不同铺层方案的矩形截面管。应用有限元软件Abaqus对其三点弯曲进行了仿真分析;并通过粘贴光栅光纤传感器,应用万能试验机对实验件进行了三点弯曲实验。分别获得了仿真和实验相应载... 详细信息

针对碳纤维复合材料矩形截面管的抗弯性能,设计了五种不同铺层方案的矩形截面管。应用有限元软件Abaqus对其三点弯曲进行了仿真分析;并通过粘贴光栅光纤传感器,应用万能试验机对实验件进行了三点弯曲实验。分别获得了仿真和实验相应载荷下矩形截面管下表面中间位置的应变值,进行一次拟合后获得相应的载荷-应变曲线,从而得出仿真和实验抗弯刚度值EI。通过对比,两者的结果具有很好的一致性。结果表明:0°比例越高,抗弯性能越好。

关键词：碳纤维复合材料矩形截面管铺层方案光栅光纤传感器抗弯性能

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复合材料船舶帽型加筋结构静力分析

舰船科学技术 2015年第4期37卷 41-46页

作者：梅蕾李宏源徐丽王大政哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院山东威海264209

分析不同截面形状和不同铺层方案对复合材料帽型加筋结构最大位移的影响。分别采用Beam188,Beam189,Shell99单元模拟矩形截面帽型加筋梁结构,结果显示建立整船模型时可以采用梁单元代替壳单元模拟复合材料帽型加筋梁的方法来简化建模。... 详细信息

分析不同截面形状和不同铺层方案对复合材料帽型加筋结构最大位移的影响。分别采用Beam188,Beam189,Shell99单元模拟矩形截面帽型加筋梁结构,结果显示建立整船模型时可以采用梁单元代替壳单元模拟复合材料帽型加筋梁的方法来简化建模。同时还研究不同铺层、不同铺设角、不同截面形状对帽型骨材每一层等效应力的影响,为复合材料船舶帽型加筋结构的计算和设计提供参考。

关键词：复合材料船舶帽型加筋结构截面形状铺层方案

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复合材料快速连接抗拉接头受力性能研究

玻璃钢／复合材料 2014年第12期 57-62,40页

作者：熊建武冯鹏徐进张龑华张攀武汉理工大学湖北武汉430063 总装工程兵科研一所江苏无锡214035 清华大学土木工程系北京100084

分析了复合材料轻质桥梁中的快速连接接头的受力,提出了一种大拉力接头的构造,完成了一批接头的拉伸试验和桥跨模型试验,证实了接头具有足够的承载能力,并依据破坏模式建议了接头的改进构造。还采用有限元软件对桥跨模型试验中的接头进... 详细信息

分析了复合材料轻质桥梁中的快速连接接头的受力,提出了一种大拉力接头的构造,完成了一批接头的拉伸试验和桥跨模型试验,证实了接头具有足够的承载能力,并依据破坏模式建议了接头的改进构造。还采用有限元软件对桥跨模型试验中的接头进行了分析,其破坏模式和破坏承载力与试验吻合。

关键词：复合材料接头铺层方案破坏模式

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纤维增强复合材料低压涡轮轴强度分析设计

机械设计与制造 2018年第12期 57-60页

作者：沙云东杨德旭骆丽赵奉同沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136

研究连续纤维增强复合材料低压涡轮轴结构在扭转载荷作用下的静强度分析设计问题。以Ti-6-4/SC6为有限元模型结构材料,以复合材料层合板理论为基本力学理论基础,以蔡-吴强度失效准则为判定依据。对不同复合材料轴结构进行强度分析及失... 详细信息

研究连续纤维增强复合材料低压涡轮轴结构在扭转载荷作用下的静强度分析设计问题。以Ti-6-4/SC6为有限元模型结构材料,以复合材料层合板理论为基本力学理论基础,以蔡-吴强度失效准则为判定依据。对不同复合材料轴结构进行强度分析及失效判定。以某型航空发动机低压涡轮轴为基础模型进行有限元建模。通过"复材轴"和"分段轴"两种复合材料轴结构模型对复合材料铺层、铺角对轴结构力学性能及强度影响规律进行研究。以"复材轴"模型结构研究±45°与+45°两种普遍铺层方案的优劣,在研究"复材轴"铺层方案的基础上,以±45°铺层方案研究"复材轴"和"分段轴"及传统钛合金轴静强度性能对比。最后从工程实际角度针对"分段轴"给出提高强度的两种措施。

关键词：纤维增强金属基复合材料低压涡轮轴铺层方案力学性能强度设计