基于有势流网的变刚度复合材料层合构件的力学模型及相关实验研究

基本信息
批准号:11502164
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:牛雪娟
学科分类:
依托单位:天津工业大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:邢静忠,杜宇,肖霞,陈小明,薛志奇,何梅洪
关键词:
应变能密度复合材料力学有势流网变刚度铺放
结项摘要

The path planning method of the variable stiffness tow-placed lamina based on potential flow net provides a new and efficient way of enhancing the mechanical properties of the composite laminates. (1) The orthogonal curvilinear coordinates is built in the flow net with a streamline and its conjugate potential-line. An equivalent stiffness matrix of a point-element is computed. Then the mechanical model of the laminate is constructed. (2) The relationship between the unified potential-stream function and the lamina parameters are deduced. The promotion mechanism of the mechanical properties of the laminates will be clarified, which is based on the potential flow net. (3) Based on the law of the minimization of the mean strain energy density, the optimization of the coefficients of the flow-flied function is conducted, and the loads applied on the laminate are redistributed which will improve the mechanical properties efficiently with respect to a specified load condition. (4) The variable stiffness laminates based on the potential flow net are manufactured, and the mechanical model is verified with some experiments strategies. This technology will achieve the synergistic combination of the structure design and the structure analysis of the variable stiffness composite laminates. The mechanical properties are vastly improved by the objective transfer of loads and the enhancing of the local stiffness around the holes. Theoretical breakthroughs are expected to be achieved in the optimization of the laminates under complex load condition. The Research will lay the foundation for the application of the improvement of the structure efficiency.

基于有势流网的变刚度复合材料铺放轨迹设计方法为提高层合构件的力学性能提供了一种新的有效解决方法。(1)通过在流网中构建基于流线和等势线的局部正交曲线坐标系,分析节点单元的等效刚度矩阵,建立变刚度层合构件的解析力学模型;(2)研究有势流函数系数与刚度矩阵对应铺层参数间的联系,揭示利用有势流动理论实现变刚度铺层力学性能提高的机理;(3)以平均应变能密度最小准则为依据,对流场函数的参数进行优化,实现层合板上载荷的转移分布,以满足不同承载工况需求,提高构件整体力学性能;(4)制备基于有势流网的变刚度层合板,采用实验方法对力学解析模型进行验证。该方法将层合构件的复杂工况与铺层路径及结构设计有机结合在一起,实现载荷的目标化转移和孔边缘局部刚度增强。通过研究,有望在复杂载荷工况变刚度层合板的结构优化取得突破,为层合构件结构效率的提高提供理论支持。

项目摘要

研究基于有势流网的变刚度复合材料铺放轨迹设计方法,用来提高层合构件的力学性能,其主要内容包括:(1)基于流线和等势线构成的局部正交曲线坐标系,建立变刚度层合构件的力学模型;(2)研究有势流函数系数与刚度矩阵对应铺层参数间的联系,揭示变刚度铺层力学性能提高的机理;(3)对流场函数的参数进行优化,实现层合板上载荷的转移分布,适应于不同载荷工况需求;(4)制备基于有势流网的变刚度层合板,采用实验方法对力学解析模型进行验证。项目旨在系统地研究变刚度层合板力学建模理论和探索可行的变刚度轨迹规划方法。通过对层合板进行力学性能改善、失效过程分析和健康度预测,为层合构件结构效率的提高提供理论支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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