纤维缠绕复合材料管道中的超声波传播特性研究

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作者 束沛 杨乐辉 +3 位作者 赵金玲 赵建平 常乐 程经纬 《压力容器》 北大核心 2025年第3期79-86,共8页

纤维缠绕复合材料管道(filament wound composite pipes,FWCP)中的纤维起伏会改变结构力学性能,从而影响超声导波传播特性,制约超声导波无损检测技术应用。针对上述问题,提出基于纤维起伏区域的细观模型及其等效刚度计算方法,将有限元... 纤维缠绕复合材料管道(filament wound composite pipes,FWCP)中的纤维起伏会改变结构力学性能,从而影响超声导波传播特性,制约超声导波无损检测技术应用。针对上述问题,提出基于纤维起伏区域的细观模型及其等效刚度计算方法,将有限元特征频率法与Floquet周期性边界条件结合,构建FWCP的导波有限元模型,分析纤维起伏对导波传播特性的影响规律。结果表明,纤维起伏会使FWCP刚度整体变小,从而导致超声导波的相速度变小,但导波的模态属性未发生改变。缠绕角度对导波结构影响较小,也未引起导波的模态属性改变。本研究可为FWCP中超声波无损检测提供理论支撑。 展开更多

关键词 复合管道 纤维缠绕复合材料 纤维起伏 无损检测 超声导波

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纤维缠绕复合材料成型装置设计及功能验证

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作者 肖峰 余一聪 +2 位作者 林杰 黄齐韧 郭智威 《润滑与密封》 北大核心 2025年第3期128-134,共7页

为研究纤维缠绕复合材料性能的影响因素,设计并搭建一种湿法单轴纤维缠绕机,该缠绕机可综合控制缠绕速度、缠绕角度、缠绕张力等成型参数,可实时采集纤维缠绕成型过程中的张力变化。选用玻璃纤维作为增强材料,环氧树脂作为基体材料,采... 为研究纤维缠绕复合材料性能的影响因素,设计并搭建一种湿法单轴纤维缠绕机,该缠绕机可综合控制缠绕速度、缠绕角度、缠绕张力等成型参数,可实时采集纤维缠绕成型过程中的张力变化。选用玻璃纤维作为增强材料,环氧树脂作为基体材料,采用设计的纤维缠绕机制备玻璃纤维缠绕增强的复合材料,通过力学性能和摩擦性能试验对复合材料性能进行验证。结果表明:利用该缠绕机制备的复合材料力学性能得到了提升,与纯环氧树脂相比,弯曲强度增强了2.24 MPa,压缩强度增强了120.92 MPa,硬度提高了11.5HD;同时复合材料摩擦学性能也得到明显提升,其中平均摩擦因数均降低了0.01左右,磨损量降低了16.2%。测试结果验证了设计的缠绕机可用于制备纤维缠绕复合材料。 展开更多

关键词 缠绕机 纤维缠绕复合材料 环氧树脂 玻璃纤维 成型装置

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纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法构建

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作者 寇光杰 何坤成 +3 位作者 蔡辉 张小宁 刘梦庆 杨正伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1324-1336,共13页

针对复合材料多尺度表征中以细观到宏观力学性能预测为主的问题,发展了包含细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征的纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法。通过确定纤维缠绕复合材料组分本构及力学参数,完成基于... 针对复合材料多尺度表征中以细观到宏观力学性能预测为主的问题,发展了包含细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征的纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法。通过确定纤维缠绕复合材料组分本构及力学参数,完成基于细观RFDRVE(Random fiber distributions representative volume element)的单向复合材料力学参数预测,进而实现了纤维缠绕复合材料NOL环的宏观力学性能预测。而后,通过分析NOL环宏观破坏情况,将损伤区域应变加载至RFDRVE,得到NOL环的细观损伤演化情况,并结合扫描电镜观测了细观损伤演化形貌。结果表明,不同缠绕张力下NOL环细观到宏观预测拉伸强度与平均试验拉伸强度的最大误差仅5.08%,且宏观到细观损伤分析能够表征NOL环细观组分上出现的纤维断裂、基体断裂和纤维-基体界面破坏。纤维缠绕复合材料损伤演化多尺度表征方法能实现细观到宏观结构力学性能预测和宏观到细观组分损伤演化表征。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 多尺度 力学性能预测 损伤演化表征 代表性体积元

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纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析 被引量：14

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作者 付敏 林松 +1 位作者 陈亮 周文龙 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期86-90,共5页

为深入了解纤维缠绕复合材料气瓶的内衬屈曲情况,基于ANSYS有限元软件,运用数值模拟方法对纤维缠绕复合材料气瓶的金属内衬结构进行屈曲分析,建立了复合气瓶内衬结构的有限元模型,采用特征值法分析得出内衬1~10阶的屈曲模态,并利用非线... 为深入了解纤维缠绕复合材料气瓶的内衬屈曲情况,基于ANSYS有限元软件,运用数值模拟方法对纤维缠绕复合材料气瓶的金属内衬结构进行屈曲分析,建立了复合气瓶内衬结构的有限元模型,采用特征值法分析得出内衬1~10阶的屈曲模态,并利用非线性稳定法绘出内衬位移量随外压变化曲线.结果表明,计算得到的内衬临界失稳外压为0.199 MPa,与复合气瓶内衬外压试验结果相符合,证实了本文对于复合气瓶内衬屈曲分析的可靠性. 展开更多

关键词 ANSYS 纤维缠绕复合材料气瓶 有限元法 屈曲分析 外压试验

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纤维缠绕复合材料固化成型中纤维密实过程数值模拟 被引量：4

5

作者 任明法 刘长志 +1 位作者 丛杰 张靖 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期5-12,共8页

纤维缠绕复合材料固化成型过程中,缠绕制件的纤维密实程度及单层厚度受缠绕张力、树脂流动影响较大。基于Squeeze-sponge模型,发展了适用于纤维缠绕复合材料固化成型的树脂流动/纤维密实模型。该密实模型考虑了固化度、温度、树脂黏度... 纤维缠绕复合材料固化成型过程中,缠绕制件的纤维密实程度及单层厚度受缠绕张力、树脂流动影响较大。基于Squeeze-sponge模型,发展了适用于纤维缠绕复合材料固化成型的树脂流动/纤维密实模型。该密实模型考虑了固化度、温度、树脂黏度、渗透率等参数随固化时间的变化特性,并引入缠绕张力、缠绕图案等缠绕特征,实现缠绕制件纤维密实过程的数值模拟。通过对比文献结果,证明了密实模型的可靠。基于密实模型,对不同缠绕张力制度下的纤维密实程度进行数值模拟,结果表明,相较于各层缠绕张力相等的缠绕制度,采用层间压力相等的缠绕制度时,树脂分布更加均匀,各层纤维体分比数值趋于一致,且适当提高远离树脂出口位置的缠绕张力可实现各层纤维体分比数值相等。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 树脂流动 固化成型 纤维密实 数值模拟

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纤维缠绕复合材料弯管强度分析 被引量：13

6

作者 崔海涛 温卫东 佟丽莉 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2003年第6期39-42,共4页

基于ANSYS有限元分析软件 ,利用其中的层合板单元 ,对纤维缠绕复合材料弯管的强度进行分析 ,并进一步预测了弯管的破坏压力。通过与试验结果的对比 ,验证了分析模型和分析方法的有效性 ,为分析纤维缠绕弯管结构的强度提供了一种有效的... 基于ANSYS有限元分析软件 ,利用其中的层合板单元 ,对纤维缠绕复合材料弯管的强度进行分析 ,并进一步预测了弯管的破坏压力。通过与试验结果的对比 ,验证了分析模型和分析方法的有效性 ,为分析纤维缠绕弯管结构的强度提供了一种有效的途径。 展开更多

关键词 ANSYS 有限元分析软件 纤维缠绕复合材料 弯管 强度分析

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缠绕图型对纤维缠绕复合材料力学性能影响的有限元模拟 被引量：2

7

作者 郭章新 郭美卿 +1 位作者 李金强 韩小平 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第24期136-139,共4页

针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力... 针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响。结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动。本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 缠绕图型 有限元方法 应力 屈曲

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纤维缠绕复合材料壳体起伏区域刚度的研究 被引量：1

8

作者 郭章新 韩小平 +1 位作者 朱西平 支希哲 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期714-718,共5页

文章针对起伏区域纤维束的非正交交织的特点,提出一种计算缠绕复合材料的起伏区域内各点刚度的方法。通过算例,计算了整个起伏区域内不同点在不同缠绕角时的各项刚度系数值,给出了各项刚度系数随起伏区域的位置改变以及随着缠绕角变化... 文章针对起伏区域纤维束的非正交交织的特点,提出一种计算缠绕复合材料的起伏区域内各点刚度的方法。通过算例,计算了整个起伏区域内不同点在不同缠绕角时的各项刚度系数值,给出了各项刚度系数随起伏区域的位置改变以及随着缠绕角变化的三维曲线,分析讨论了各项刚度系数在整个起伏区域内的变化规律,为纤维缠绕复合材料气瓶等高压密封容器的提前泄露问题的有限元分析提供了理论依据。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 纤维束交叉起伏 缠绕角 刚度系数 起伏区域

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纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化研究 被引量：9

9

作者 佟丽莉 林再文 侯涤洋 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 2004年第1期33-37,共5页

本文用APDL参数设计语言编制的程序可同时进行压力容器缠绕过程的动态仿真模拟及应力分析 ,可将实际缠绕参数直接用于应力分析 ,分析后得到的仿真数据可直接用于数控缠绕机进行生产 ,实现了纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化... 本文用APDL参数设计语言编制的程序可同时进行压力容器缠绕过程的动态仿真模拟及应力分析 ,可将实际缠绕参数直接用于应力分析 ,分析后得到的仿真数据可直接用于数控缠绕机进行生产 ,实现了纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化。本文用微分几何理论推导出纤维缠绕复合材料压力容器的非测地线缠绕轨迹、包角方程及绕丝头运动方程。在应力分析过程中考虑了几何非线性和物理非线性。采用叠层的增量本构关系 ,以分段线性表示单层非线性应力 应变曲线 ,对损伤后引起的刚度降低进行了实验研究 ,实验特别研究了面内剪切破坏和层间剪切破坏对纵向弯曲刚度的影响。结果表明纤维缠绕复合材料压力容器损伤后 ,弯曲刚度的降低是影响轴向变形的重要因素。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料压力容器 CAD/CAE/CAM一体化 微分几何理论 非测地线缠绕轨迹 包角方程 绕丝头运动方程 分段线性 动态仿真模拟

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纤维缠绕复合材料起伏区域残余应力 被引量：4

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作者 和欣辉 韩小平 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期76-81,共6页

针对纤维交叉起伏区域残余应力,建立一种细观分析模型。基于热传导方程、固化反应动力学模型和复合材料层合理论,采用有限元方法和细观分析模型,对缠绕复合材料在固化工艺过程中的残余应力分布及其变化规律进行数值模拟。通过算例,研究... 针对纤维交叉起伏区域残余应力,建立一种细观分析模型。基于热传导方程、固化反应动力学模型和复合材料层合理论,采用有限元方法和细观分析模型,对缠绕复合材料在固化工艺过程中的残余应力分布及其变化规律进行数值模拟。通过算例,研究纤维起伏区域残余应力的分布特点,结果表明:起伏纤维束不同位置处残余应力差别很大,层合区纤维束呈现拉应力状态,起伏区纤维束呈现压应力状态,富树脂区出现最大压应力;残余应力沿纤维束起伏方向呈现V型变化趋势,在纤维束上不同位置出现拉、压不同的应力状态,起伏角度最大处出现最大压应力。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 固化过程 残余应力 纤维束交叉起伏 细观模型

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纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析方法及应用 被引量：1

11

作者 栗永峰 申志彬 +2 位作者 张赋 索晓瑜 于海 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期89-94,共6页

提出了一种固体发动机纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析的工程方法。针对某发动机燃烧室纤维缠绕壳体材料,利用NOL环试样测定了不同温度下的强度保持率,计算了其热承载能力,并结合缩比容器的高温强度试验对其进行了验证,理论分析结... 提出了一种固体发动机纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析的工程方法。针对某发动机燃烧室纤维缠绕壳体材料,利用NOL环试样测定了不同温度下的强度保持率,计算了其热承载能力,并结合缩比容器的高温强度试验对其进行了验证,理论分析结果与试验结果误差为7%;最后,利用所提方法预估了某发动机壳体结构的高温承载安全系数,该发动机通过了飞行试验考核,验证了该分析方法的有效性。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 燃烧室壳体 高温强度 纤维缠绕复合材料 安全系数

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纤维缠绕复合材料管的强度分析 被引量：3

12

作者 冯学军 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期840-843,共4页

采用三维各向异性弹性理论分析内压和轴向组合载荷下复合材料缠绕管道各缠绕层中的应力,模型考虑管壁厚度引起的拉剪耦合效应。引入Hashin破坏准则研究复合材料缠绕管道的强度与铺层角度的关系。研究发现缠绕角度相同时内压引起的应力... 采用三维各向异性弹性理论分析内压和轴向组合载荷下复合材料缠绕管道各缠绕层中的应力,模型考虑管壁厚度引起的拉剪耦合效应。引入Hashin破坏准则研究复合材料缠绕管道的强度与铺层角度的关系。研究发现缠绕角度相同时内压引起的应力由里向外逐层增加,因此管道失效实际上由外层的应力控制。建议相邻层缠绕角度的递增量,以使各层应力状态更接近一致。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料管 各向异性弹性理论 强度分析 缠绕角度改进

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纤维缠绕复合材料气瓶的发展及其标准情况 被引量：42

13

作者 周海成 阮海东 《压力容器》 2004年第9期32-36,共5页

纤维缠绕复合材料气瓶用于呼吸器、车用压缩天然气燃料气瓶及航空航天等领域。本文对复合材料气瓶的发展、标准进展情况以及其关键技术和型式试验等问题作了全面介绍。

关键词 复合气瓶 压缩天然气车用燃料气瓶 全缠绕气瓶 环缠绕气瓶 纤维缠绕复合材料

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纤维增强复合材料多轴疲劳的实验研究 被引量：2

14

作者 戚东涛 程光旭 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期5-8,共4页

采用缠绕成型的玻璃纤维增强聚合物基复合材料管型试样,对复合材料在拉扭双轴载荷作用下的多轴疲劳行为进行了实验研究。实验结果表明,复合材料多轴疲劳失效是基体中疲劳损伤累积的结果,最终的失效裂纹通常平行于纤维方向;根据实验中得... 采用缠绕成型的玻璃纤维增强聚合物基复合材料管型试样,对复合材料在拉扭双轴载荷作用下的多轴疲劳行为进行了实验研究。实验结果表明,复合材料多轴疲劳失效是基体中疲劳损伤累积的结果,最终的失效裂纹通常平行于纤维方向;根据实验中得出的应力应变曲线、疲劳寿命曲线,重点讨论了不同缠绕角复合材料的多轴疲劳寿命随双轴载荷比例、平均应力等因素的变化规律,为今后的多轴疲劳理论研究提供了依据。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 多轴疲劳 疲劳寿命

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碳纤维复合材料缠绕铝合金管准静态轴向压缩的数值模拟 被引量：4

15

作者 董帆 马其华 +1 位作者 甘学辉 周天俊 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期66-74,共9页

以多层(10层)和少层(3层)碳纤维复合材料缠绕铝合金管(Al-CFRP混合管)为研究对象,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立单层壳模型、多层常规壳模型和多层连续壳模型3种模型,基于Hashin失效准则对混合管轴向压缩变形过程进行仿真,对比了... 以多层(10层)和少层(3层)碳纤维复合材料缠绕铝合金管(Al-CFRP混合管)为研究对象,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立单层壳模型、多层常规壳模型和多层连续壳模型3种模型,基于Hashin失效准则对混合管轴向压缩变形过程进行仿真,对比了各模型的仿真准确性;将初始峰值载荷、比吸能、平均压缩载荷仿真相对误差和仿真时间进行无量纲化和权重处理,对各模型进行综合评价。结果表明:多层壳模型可以更好地预测混合管在轴向压缩下的损伤变形和吸能特性;对于多层缠绕混合管,最佳模型为多层连续壳模型,对于少层缠绕混合管,多层常规壳模型具有最小的误差。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料缠绕铝管 轴向压缩 数值模拟 吸能特性 模型选择

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缠绕张力对复合材料缠绕结构材料强度的影响规律研究 被引量：2

16

作者 杜友耀 邓春志 +3 位作者 常鑫 徐自力 张映明 高跃 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第8期70-74,共5页

采用张力缠绕工艺制作的复合材料护套是预防高速永磁电机转子永磁体在离心力载荷下破坏的有效途径。本文针对复合材料缠绕结构缠绕张力对其材料强度影响的多因素竞争关系,设计并开展了不同张力缠绕复合材料NOL(Naval Obdnance Laborato... 采用张力缠绕工艺制作的复合材料护套是预防高速永磁电机转子永磁体在离心力载荷下破坏的有效途径。本文针对复合材料缠绕结构缠绕张力对其材料强度影响的多因素竞争关系,设计并开展了不同张力缠绕复合材料NOL(Naval Obdnance Laboratory)环强度实验、缠绕结构固化残余应力实验,获得了缠绕张力对复合材料的材料强度、缠绕结构残余应力的影响规律,分别采用混合率和代表体元方法建立了缠绕张力影响及纤维体分比变化规律的纤维缠绕材料拉伸强度理论估测方法,阐释了缠绕张力导致复合材料强度影响机理,为缠绕复合材料结构选择合适的缠绕张力范围提供了参考。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 缠绕张力 残余应力 强度

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基于蚁群算法的复合材料缠绕壳体铺层顺序优化 被引量：7

17

作者 栾宇 丁文辉 +2 位作者 林天军 王路仙 关振群 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期248-254,共7页

为了提高纤维复合材料缠绕壳体结构的屈曲稳定性,本文将蚁群算法(ACA)求解旅行商问题(TSP)的方法引入到缠绕层顺序优化的计算中。阐明铺层顺序优化的本质是调整沿板厚方向的刚度分布以提高版的抗弯刚度,同时改善荷载的传递路径,以降低... 为了提高纤维复合材料缠绕壳体结构的屈曲稳定性,本文将蚁群算法(ACA)求解旅行商问题(TSP)的方法引入到缠绕层顺序优化的计算中。阐明铺层顺序优化的本质是调整沿板厚方向的刚度分布以提高版的抗弯刚度,同时改善荷载的传递路径,以降低由偏心而产生的附加弯矩,从而提高结构的抗屈曲能力;扩展了经典蚁群算法,提出一种分组编解码方法,既可描述缠绕工艺对铺层排列组合的约束,又可降低城市数目以提高优化效率;通过与经典算例的比较,验证了本文方法的有效性和优越性;并研发了复合材料缠绕壳体铺层顺序优化程序系统,实现了壳体结构的屈曲稳定性优化设计。 展开更多

关键词 蚁群算法 纤维复合材料缠绕壳体 屈曲稳定性 优化设计

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复合材料结构材料参数转换及在有限元分析中的应用 被引量：3

18

作者 林伟 谢禹钧 《机械设计与制造》 北大核心 2005年第9期62-63,共2页

多层的纤维缠绕复合材料结构中,各个单层间具有不同的纤维铺设角,呈现各向异性的材料特性,在进行有限元分析时,必须对材料的材料特性进行处理变换。根据基本力学方程,对不同缠绕方向的纤维层材料,把不同材料坐标系下的特性参数等效变换... 多层的纤维缠绕复合材料结构中,各个单层间具有不同的纤维铺设角,呈现各向异性的材料特性,在进行有限元分析时,必须对材料的材料特性进行处理变换。根据基本力学方程,对不同缠绕方向的纤维层材料,把不同材料坐标系下的特性参数等效变换到统一坐标系。并利用ANSYS软件对层合结构进行有限元分析,结果表明此转换是可行的。 展开更多

关键词 纤维缠绕复合材料 层合结构 材料参数 有限元分析

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固体火箭发动机复合材料壳体裙连接区结构数值分析 被引量：4

19

作者 王立强 任全彬 尤军峰 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期108-113,共6页

对某固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体轴压载荷作用下裙与筒段连接区(裙连接区)进行了有限元结构分析。依照壳体的结构特征和受力特性建立了裙连接区3D简化分析模型,通过对某芳纶纤维壳体仿真结果和实验数据的对比分析,验证了模型简... 对某固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体轴压载荷作用下裙与筒段连接区(裙连接区)进行了有限元结构分析。依照壳体的结构特征和受力特性建立了裙连接区3D简化分析模型,通过对某芳纶纤维壳体仿真结果和实验数据的对比分析,验证了模型简化的合理性和有限元结果的正确性;最后对某炭纤维缠绕复合材料壳体裙连接区进行了数值分析和壳体连接区结构方案改进。结果表明,增加补强层厚度和提高补强层纤维模量可有效降低应变极值,改善结构应力分布,经改进的结构设计方案承载能力可提高20%。 展开更多

关键词 发动机壳体裙连接区 纤维缠绕复合材料壳体 有限元结构分析

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来自欧文斯科宁的复合材料全新解决方案

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《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 2010年第6期95-95,共1页

关键词 纤维缠绕复合材料 玻璃纤维行业 新闻发布会 玻璃纤维毡 防腐工程 展览会 领导者 应用

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