泡沫夹层结构复合材料机翼模型弯曲破坏形态有限元模拟

采用有限元法(FEM)分析泡沫夹层结构复合材料机翼准静态三点弯曲载荷力学行为与破坏形态.在有限元模型中,复合材料蒙皮为Hashin失效准则弹性壳单元模型,铺层结构为[0/90/0/±45]s,其芯层泡沫为弹塑性可压缩泡沫实体单元模型.利用有限元模拟软件ABAQUS10.1模拟机翼在弯曲载荷下的破坏形态,分析得到其破坏机理.通过最大受力值以及模型应力云图与实际弯曲试样破坏情况进行比较.结果表明,机翼最大承受力模拟值比试验值偏大,但相对误差很小,为3.31%;模型应力集中区域与试样实际断裂区域相吻合,证明了本有限元模型可以有效地用于预测泡沫夹层结构复合材料机翼在三点弯曲载荷作用下的失效模式以及失效强度.     

层合复合材料自由角附近的层间应力场--一个半解析解

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题.对文中给出的[90°/0°]s.对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,解析解所得结果与用三维有限元计算的结果符合得较好.还就应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

应力对纤维增强塑料排烟内筒耐腐蚀性能的影响

针对燃煤电厂烟囱纤维增强塑料排烟内筒工程中应用的纤维增强复合材料试样S-1设置了5种实验条件,即条件A（静态浸泡）、条件B（Ⅰ型应变,应变4.61%）、条件C（Ⅰ型应变+静态浸泡）、条件D（Ⅱ型应变,应变5.89%）、条件E（Ⅱ型应变+静态浸泡）,以探究不同实验条件下试样性能的变化。力学性能测试结果表明：不同实验条件下,试样力学性能出现了不同程度的下降,相对于条件B,试样在条件D下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了2.98%、9.52%;相对于条件C,试样在条件E下弯曲强度保留率、拉伸强度保留率分别下降了5.92%、4.42%。扫描电子显微镜（SEM）研究发现,试样S-1在条件E下经90 d的实验周期后,表面破坏较为严重,有明显的纤维拔出现象,巴氏硬度测试也表明试样在不同条件下的表面状态发生了变化。红外图谱结果表明,试样在条件E下的水解程度大于条件C。     

碳纤维增强树脂开孔层合板轴向拉伸失效模拟分析

基于ABAQUS平台,建立了开孔复合材料层合板轴向拉伸渐进失效模型.以二维Hashin作为损伤准则,考虑了基体拉伸、压缩失效和纤维拉伸、压缩失效模式.讨论了层合板的受力与失效形式,分析了铺层角度、中心孔尺寸对极限载荷的影响.研究结果表明:失效模式主要表现为纤维拉伸失效和基体拉伸失效,纤维作为复合材料板的主要强度来源,在力与纤维方向发生偏差时,层合板力学性能急速下降;中心孔越大,层合板力学性能越差,并且层合板力学性能与中心孔尺寸成线性关系.     

C/C复合材料弯曲性能数值模拟与试验验证

对C/C复合材料在弯曲载荷下的性能进行了试验研究和有限元数值模拟研究。试验中,沿两个加载方向分别测试了C/C复合材料的弯曲性能,绘制了试验件的载荷位移曲线并给出了损坏试验件的微观照片。在有限元模拟中,采用了Linde失效准则来进行模拟,预测了C/C复合材料在垂直于纤维方向上的弯曲强度。有限元模拟结果与试验结果相比,误差为3.56%。最后分析了C/C复合材料在弯曲载荷作用下的损伤破坏机理。C/C复合材料受到弯曲载荷时,发生破坏的主要原因是轴向纤维在拉伸应力下达到强度极限而破坏。纤维损伤主要出现于0度纤维层的中间部分,而基体的损伤分布情况范围较广,主要集中于上表面和试件的中间部分。     

玻璃/纤维环氧复合材料静态拉伸试验

在描述纤维增强复合材料试件的拉伸实验中,根据试件中纤维的展布方向与拉伸荷载方向的夹角,把试件做成0°~90°每15°一个试件,并分为3种方案测出复合材料试件各个角度下的弹性模量、泊松比和应力应变曲线等参量。实验结果表明:当纤维展布方向与外载荷方向一致时,纤维对材料的增强效果最为明显;不同主纤维角度试件的弹性模量、弹性强度、极限强度和能量释放率等参量随主纤维角度的变化趋势一致,先急剧下降然后缓慢的升高。     

燃煤电厂玻璃钢板材耐高温力学性能研究

为了研究高温对燃煤电厂玻璃钢板材(以下简称:FRP板材)力学性能的影响,以90℃作为高温环境,设置0 d、30 d、60 d、90 d四个测试时间点,对以"缠绕纱/单向布/缠绕纱/单向布/缠绕纱/短切毡/缠绕纱"为基本结构、经缠绕成型制备的铺层厚度为3. 24 mm、6. 48 mm、9. 72 mm的FRP板材高温老化后的力学性能进行研究。结果表明:随着FRP板材厚度的增加,单向布含量增加,轴向弯曲和轴向拉伸强度均呈上升的趋势;压缩强度的变化趋势和树脂含量的变化趋势一致,表明树脂含量对材料的压缩强度起主要作用;高温老化对FRP板材的弯曲、拉伸、压缩强度均有一定的影响,其中,弯曲强度受高温老化的影响最小,压缩强度受高温老化的影响最为明显,三种试样在90℃老化90 d后,弯曲强度保留率均在85%以上,压缩强度保留率在70%左右; SEM测试表明,高温老化后试样出现明显的纤维拔出,表明纤维/树脂基体界面遭到破坏。最后,建议燃煤电厂FRP板材在制作过程中,重点控制树脂含量。     

界面损伤对正交叠层板最终拉伸强度的影响

基于现有应力集中分析结果及随机扩大临界核统计理论,对正交(混杂)叠层复合材料中由于90°层的基体开裂、层间界面破坏、0°层中部分纤维断裂及纤维/基体界面损伤相互作用的最终拉伸破坏过程进行统计分析.计算结果为现有的实验所证实.计算结果表明,正交叠层板的最终拉伸强度与界面剪切强度有关,适宜的界面黏结,相应的强度最高.本研究可对此类复合材料的最终拉伸强度作出合理的预报,并为复合材料叠层板的优化设计提供理论依据.     

缝纫复合材料层合板面内性能的分析模型

提出了一种分析缝纫复合材料层合板面内力学性能的模型即纤维弯曲模型（FBM）。认为在缝纫孔周围纤维的弯曲变形是影响缝纫复合材料层合板面内力学性能的主要原因。从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手，最终得到层合板面内的弹性应力应变关系。以缝纫复合材料层合板[0/45/0/-45/90/45/0/-45]2S为例，计算了缝纫复合材料层合板面内拉伸强度。计算结果表明，理论预测与实验结果吻合良好，证实了该模型的正确性。     

玄武岩纤维布增强不同树脂基体复合材料的制备与力学性能

利用3种不同的制备工艺,成功制备了相同玄武岩纤维布含量但5种不同树脂基体的玄武岩纤维布增强树脂基复合材料.5种树脂基体包括热固性的环氧树脂、乙烯基酯、热塑性尼龙6、聚碳酸酯及ABS树脂.所制备的5种复合材料组织均匀致密,玄武岩纤维布分布特征相同.研究了玄武岩纤维布增强树脂基复合材料准静态拉伸和3点弯曲力学性能,探讨了树脂基体种类的变化对力学性能的影响规律.在此基础上,通过微观分析研究了玄武岩纤维布增强树脂基复合材料在准静态拉伸和3点弯曲加载条件下的破坏机制,并揭示了树脂基体种类的变化对力学性能影响的机理.      

褶皱偏移角度对玻璃纤维复合材料层合板拉伸性能的影响

为了考察褶皱偏移角度对玻璃纤维复合材料层合板拉伸性能的影响,通过参考美国材料与试验协会(American Soci-ety for Testing and Materials,ASTM)D3039标准开展了含不同褶皱层数的玻璃纤维复合材料试验件拉伸性能测试,并基于三维Hashin失效准则和渐进损伤失效理论建立了有限元强度预测模型,得到试验结果与数值仿真.研究了不同褶皱偏移角度下对层合板应力应变、强度以及破坏模式的影响.结果表明:试验结果和仿真结果吻合度较高,验证了建立的有限元分析模型正确;无偏移角度的试验件和不同偏移角度的试验件应力-应变曲线均在起始阶段曲线呈线性增长,但无褶皱试验件明显可承受的形变更大,90°褶皱偏移角度试验件可承受应力与应变最小.对于不同褶皱偏移角度对拉伸强度的影响,发现随着褶皱偏移角度的减小,层压板的抗拉强度也随之减小;通过以褶皱偏移角度为60°的褶皱仿真模型为例,进行渐进损伤失效过程分析可知,其最终失效模式均主要集中在褶皱富树脂区域和纤维起皱处,与拉伸实验现象相一致.     

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究

为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响，基于统一相场理论和内聚力模型，针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验，采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型，对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响，并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明，对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型，无论是计算结果还是细观破坏形态，都具有较好的准确性和可靠性；初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大，受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度，为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。     

Tensile Properties of Weft Knitted Fabric Reinforced Composites

Seven kinds of weft knitted fabrics from glass fiber yarns were used as reinforcement to make fabric/epoxy composite laminates. Tensile tests were carried out to examine and compare the mechanical properties in course and wale direction of these composites. On the basis of experimental results, attempts have been made to analyze some main factors influencing stress-strain curve, ultimate tensile strength and initial elastic modulus of specimens.     

穿越正断层埋地管线的破坏模式分析

在正断层引起的地面永久性大变形作用下,埋地管线可能会发生拉伸、剪切等形式的强度破坏,亦可能在局部受压区发生屈曲破坏。利用ABAQUS 有限元分析软件,建立穿越正断层埋地管线的空间有限元分析模型,采用非线性接触分析方法模拟正断层引起的地表永久性大变形作用下管线—土体间的相互作用,分析了不同管径、跨越角对管线破坏模式的影响。依据算例分析可知：小口径埋地管线易发生拉伸强度破坏,大口径薄壁管线易发生屈曲失效,口径0．65 m 是管线从发生强度破坏到发生屈曲破坏的临界值;当跨越角大于90°时,角度越大越易发生屈曲失效,跨越角为100°是埋地管线发生强度破坏与屈曲失效的分界点。     

碳纤维增强水泥复合材料的制备及性能

利用水热热压技术制备了碳纤维增强水泥复合材料，测定了材料的弯曲、压缩、劈裂拉伸、断裂韧性等力学性能，讨论了材料制备的工艺条件、显微结构等对材料力学性能的影响．实验表明，水热热压和纤维增强是改善混凝土一类脆性材料强韧性的有效手段     

双轴向增强纬编间隔织物复合材料的加工制造及力学性能

利用玻璃纤维编织一种新型双轴向增强纬编间隔织物,采用轻质树脂传递模塑工艺(LRTM)制作了该新型结构织物增强复合材料,并对复合材料在经纬向的拉伸性能、弯曲性能和压缩性能进行了测试与分析.研究表明:制作双轴向增强纬编间隔针织复合材料的关键是织物在厚度方向上不被压扁;复合材料的拉伸性能和弯曲性能主要取决于两个面层衬经衬纬纱的拉、弯性能.压缩性能不仅与纤维束的压剪组合破坏有关,还与纤维束与基体的界面黏结性能有关.     

改性尼龙6复合材料的力学性能研究

采用经化学改性的芳纶纤维增强尼龙6,并通过红外光谱和环境扫描电镜分析其界面层.结果表明,芳纶纤维经异氰酸酯化及封端稳定处理后,其表面所接枝的不稳定基团-NCO转化成稳定的-NHCO-,封端结果较为明显;改性后纤维表面附有接枝物,从而使表面粗糙程度大大增加.力学性能测试结果显示改性尼龙6复合材料的拉伸和弯曲强度得到了改善,但冲击性能略为下降.     

混杂纤维自密实混凝土的性能试验与分析

为了研究混杂纤维对自密实混凝土(SCC)工作性能及力学性能的影响,进行了4种纤维体积掺量(0%,0.05%,0.1%和0.15%)的纤维自密实混凝土(玄武岩纤维、聚丙烯纤维以及玄武岩-聚丙烯混杂纤维)的塌落度扩展度试验、J型环试验和28d抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验,并通过SEM图像分析纤维自密实混凝土的微观形貌。结果表明：纤维掺量的增加导致自密实混凝土流动性能下降,但仍满足自密实混凝土工作性能的要求;混杂纤维的掺量在一定范围内,对自密实混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均有不同程度的提高作用。可见获得纤维的合理掺量十分重要。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗折性能研究

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、PVA纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米SiO₂掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米SiO₂掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米SiO₂水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

新延安隧道层状页岩力学性能试验研究

为研究新延安隧道层状页岩的力学特性和破坏特征，分析层理面不同倾角对岩石力学参数的影响，本文分别进行了不同层理角度下的室内单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂试验及数值单轴压缩和三轴压缩试验。通过室内试验分析，峰值强度随倾角增加呈先减小后增大的趋势；抗压强度呈“U”型趋势，弹性模量呈“V”型变化。通过大量数值模拟试验拓展了室内试验范围并分别拟合了抗压强度和弹性模量随倾角变化关系式；围压的增大弱化了页岩各向异性，但随着围压的不断增大弱化程度减小；黏聚力对层状页岩强度的弱化程度远远大于内摩擦角；抗拉强度随倾角的增大逐渐减小；倾角不同层状页岩的破坏模式也不同，单轴压缩时，0°为张拉破坏，30°~60°时发生由弱面控制的沿层理面发生的剪切滑移破坏，90°时产生劈裂张拉破坏。三轴压缩时不同层理面倾角的页岩试件主要发生剪切破坏。