孔口缝合补强复合材料层合板的刚度退化及失效分析

本文通过对含孔复合材料层合板进行分析,提出一种有限元模型,并通过对材料进行轴向拉伸加载,通过考虑一种刚度退化理论,对复合材料的孔边强度失效进行分析研究。研究了未缝合的情况下的加上Hashin准则下的失效破坏分析,以及位层合板位移随载荷的变化情况。结果表明,在未缝合的情况下对材料进行加载,复合材料的孔边单元首先发生破坏,并随着载荷的加大不断扩展,最终导致材料完全失效。层合板的位移随载荷呈非线性变化。     

湿热条件下Z-pin增强复合材料层合板性能研究

对湿热条件下Z-pin增强复合材料层合板的力学性能进行了研究,考虑温度、湿度以及pin的插入造成微观结构改变对材料弹性模量的影响,建立了 Z-pin增强复合材料层合板在湿-热-力耦合作用下的本构模型.利用有限元对在湿热条件下Z-pin增强复合材料单层层合板的损伤破坏进行了模拟,并与现有文献的实验结果进行对比.结果表明:...     

缝纫对复合材料层合板分层屈曲的影响

基于包含若干分层的缝纫复合材料层合板在面内压缩载荷作用下发生屈曲破坏的机理,即厚度方向上的缝纫线被拉断,把缝纫线的极限伸长率作为层合板屈曲破坏的控制参数,采用能量的方法建立了用于预测缝纫复合材料层合板屈曲强度的理论模型.采用最小势能原理计算了缝纫及未缝纫复合材料层合板的屈曲强度.在此基础上,定义一个缝纫增强比,用一个算例证明了缝纫复合材料层合板较未缝纫复合材料层合板有更高的屈曲强度.研究了缝纫参数(包括缝纫线直径,缝纫针距和行距)对缝纫复合材料层合板屈曲强度的影响.     

考虑劈裂对应力集中缓解作用的纤维增强复合材料损伤破坏分析

外载荷作用下含缺口纤维增强复合材料层合板在缺口边缘存在很高的应力集中,在载荷水平较低时,缺口边缘纤维间基体受剪切作用会发生沿纤维方向的纵向劈裂,该纵向劈裂会降低缺口处的应力集中并提高层合板的承载能力。为准确模拟纵向劈裂对缺口边缘应力集中的缓解作用,利用扩展有限元方法模拟劈裂建立了复合材料层合板渐进性损伤破坏分析的仿真模型,模型选用Hashin破坏准则对复合材料层合板的失效进行预测,分别研究了铺层顺序和缺口形状对复合材料层合板抗拉强度的影响,并与现有文献中的实验结果进行了对比,模拟结果表明破坏模式和破坏强度均与实验结果相吻合,验证了本文渐进性损伤破坏分析仿真模型的有效性。     

考虑破坏过程含损复合材料层合板动力响应

旨在研究含分层损伤层合板的动力响应和破坏行为．基于层合板的一阶剪切理论采用了分项等参插值并推导了复合材料层合板刚度阵、质量阵列式，在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼阵列式；建立了用于含分层损伤复合材料层合板动力分析的分层模型和虚拟界面连接单元，以防止低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的脱离和嵌入现象；同时又采用了Tsai提出的0．44刚度退化准则和动力分析的Newmark法，对含分层损伤复合材料层合板结构进行了动荷载作用下的破坏分析．通过算例，分别讨论了外载频率、分层长度、位置以及破坏过程的刚度退化对含损伤复合材料动力响应特征的影响．     

复合材料层合板补强结构破坏分析

提出一种胶单元,将极大降低层合板的折减刚度,采用蔡-希尔强度理论和蔡氏刚度退化准则,对复合材料补强结构进行刚度分析和强度分析。通过算例,对不同的补强方式对结构挠度的影响,以及补强层合板的极限破坏载荷进行了分析和讨论,得到一些有益的结论。     

木竹复合层合板力学性能预测与分析

运用层合梁经典理论和一阶剪切变形理论预测了木竹复合层合板的有效弹性模量、跨中正应力和挠度;用有限单元法对木竹复合层合板的弯曲性能进行了分析,并与理论分析结果进行了比较。结果表明,有限单元法用于分析木竹复合层合板的弯曲性能具有相当精度。     

复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒特征

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒问题．单元层可靠性分析时，取初始缺陷、强度参数为随机变量，采用一阶矩法和Tsai—Wu准则分析每个单元层的失效概率．系统失效概率的计算基于首层失效假定，把系统看作为单元层的串联结构，系统中任何一个单元层的破坏就看作为系统的失效．在此基础上，对结构的可靠性优化和鲁棒特征进行了研究，分析了对称层合板的层数、可靠度和纤维方向角之间的关系，为结构设计提供参考．     

含接缝纤维/金属层合板分层行为的内聚力模拟

基于双线性内聚力模型,对面内载荷作用下,双接缝、单接缝和非对称接缝三种形式的纤维/金属层合板的分层破坏行为进行三维有限元数值模拟.与试验结果对比表明,内聚力界面单元模型能够对含接缝的纤维/金属层合板的界面分层行为做出正确预测.经过模拟发现含接缝层合板的分层破坏以II型剪切分层为主,不同的接缝形式将产生不同的分层破坏特点.还讨论了界面力学性能参数对计算结果的影响.     

复合材料对称层合板的强度预测

基于层合板五层等效约束模型(Equivalent Constraint Model,ECM),建立了基体开裂下的层合板残余强度的分析方法.基体开裂导致层合板内部应力重分配,使得主受力层(0°层)应力或应变条件恶化.认为0°层控制层合板的最终失效破坏:当0°层失效时,整个层合板发生失效破坏.对不同材料体系和铺层结构的复合材料对称层合板的强度进行了预测.计算结果表明:这种强度准则的预测值与实验结果吻合较好.     

碳纤维增强铝合金层合方管轴向吸能特性

为减轻薄壁吸能结构质量、提高结构能量吸收性能,制备碳纤维增强铝合金层合方管试样。对方管试样进行准静态轴向压缩试验,研究碳纤维增强铝合金层合方管的变形模式和机理。提出分段碳纤维复合材料层合方管的设计方法;并对其轴向吸能特性进行对比验证。结果表明,外层碳纤维复合材料与内层铝合金材料的界面出现脱层断裂,内层铝合金材料对方管变形起到了引导作用,外层碳纤维复合材料阻碍铝合金材料的折叠变形,碳纤维增强层合方管较原铝合金方管有效压缩能量提高了35.79%,压缩力效率提高了28.38%;而分段碳纤维增强铝合金层合方管还能有效降低初始峰值压缩力,提高薄壁结构压缩力效率,压缩力效率较原来提高了13.53%,进一步提升碳纤维增强薄壁结构的吸能特性。     

预埋增强介质对玻璃纤维复合材料低温弯曲性能的影响

针对低温飞行环境下玻璃纤维增强塑料(glass fiber reinforced plastic,GFRP)可能出现的弯曲断裂问题,对预埋增强介质的GFRP层合板低温弯曲性能进行研究.首先,制备层间预埋碳纳米管薄膜和碳粉薄膜的GFRP层合板;其次,进行低温环境下的三点弯曲试验,并通过分析弯曲应力-应变曲线得出:低温环境...     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。     

新型三线性本构内聚力模型的界面参数研究

复合材料多向层合板分层扩展行为的准确模拟对层板结构设计非常重要。笔者前期工作已经建立了一种基于失效机理的新型三线性本构内聚力模型来考虑纤维桥接对分层行为的影响。在此基础上,基于二维有限元模型对该新型内聚力本构中的关键参数开展了数值研究,获得了适用于复合材料多向层合板数值模拟的内聚力本构参数取值方案。最后采用确定的本构参数对复合材料多向层合板的分层扩展行为进行了模拟,所得模拟结果与试验结果之间的一致性较好,进而验证了所建立参数取值方案的有效性。     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析研究

对国产T700/双马树脂基复合材料的含孔层合板进行了拉伸失效分析研究,分析了不同开孔直径和开孔形状对复合材料层合板拉伸性能的影响,利用有限元软件ABAQUS建立逐渐损伤失效模型,对复合材料层合板的拉伸强度进行数值模拟。研究结果表明：对于不同开孔直径的复合材料层合板,随着圆孔直径的增大,拉伸强度显著下降,对于不同开孔形状的复合材料层合板,含圆孔的层合板拉伸强度最大,然后依次是椭圆孔、方形孔、菱形孔,层合板的断裂模式都为过孔破坏。数值模拟得到的强度值与试验测量的强度值吻合较好,为含孔复合材料层合板的强度预测提供了一种有效的方法。     

Hygrothermal and temperature effects on load-carrying capacity and failure mechanism of open-hole laminates prepared with narrow tape prepreg of GFRP

The tensile and compressive properties of the open-hole laminates fabricated with glass fiber reinforced polymer (GFRP) under various temperature/humidity coupled conditions are important design parameters for GFRP structures in helicopter. In current work, a comprehensive experimental study about the effects of temperature and hygrothermal on the open-hole mechanical property of HS6/AC318 glass/epoxy multidirectional laminates was conducted. The load-displacement responses, fracture morphologies and failure mechanisms of quasi-isotropic GFRP laminates with a center hole under tensile and compressive loads at the five environmental conditions were compared, and the effects of the temperature and hygrothermal on the open-hole tensile (OHL) strengths and open-hole compressive (OHC) strengths of GFRP laminates were investigated. In addition, the relevancies between the OHL and OHC strength of open-hole laminates and the basic material properties of unidirectional laminates were explored, and some links between the OHL strength and interlaminar fracture toughness were found. The results showed that the OHC strength of open-hole laminates was directly proportional to the 0° compressive strength of unidirectional laminates. Based on the experimental data and analysis an empirical formula of the OHC strength at arbitrary temperature and humidity combined conditions was proposed.     

复合材料层板动态力学性能和本构关系研究

在不同温度环境下 ,利用MTS材料试验机 ,在中等应变速率 ( 1 /s)下 ,对玻璃布———环氧层板的动态力学性能进行了实验研究 ,给出一种较为可靠的复合材料拉伸试样设计方法 ,获得了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明 ,玻璃布———环氧层板具有明显的应变率相关和温度效应。采用Johnson提出的温度、应变率相关的本构模型 ,根据实验数据拟合了玻璃布———环氧层板材料的本构关系 ,分析表明该本构关系可以很好地描述材料的应变率和温度效应。     

Low-Velocity Impact and Compression after Impact (CAI) Behaviors of Carbon-Aramid/Epoxy Hybrid Braided Composite Laminates

Low-velocity impact and in-plane axial compression after impact(CAI) behaviors of carbon-aramid/epoxy hybrid braided composite laminates were investigated experimentally. The following three different types of carbon-aramid/epoxy hybrid braided composite laminates were produced and tested:(a) inter-hybrid laminates,(b) sandwich-like inter-hybrid laminates, and(c) unsymmetric-hybrid laminates. At the same time, carbon/epoxy braided composite laminates were used for comparisons. Impact properties and impact resistance were studied. Internal damages and damage mechanisms of laminates were detected by ultrasonic C-scan and B-scan methods. The results show that the ductility index(DI) values of three kinds of hybrid laminates aforementioned are 37%, 4% and 120% higher than those of carbon/epoxy laminates, respectively. The peak load of inter-hybrid laminates is higher than that of sandwich-like inter-hybrid laminates and unsymmetric-hybrid laminates. The average damage area and dent depths of inter-hybrid laminates are 64% and 69% smaller than those of carbon/epoxy laminates. Those results show that carbon-aramid/epoxy hybrid braided composite laminates could significantly improve the impact properties and toughness of non-hybrid braided composite laminates.     

静力拉伸载荷下纤维金属层板的变形行为

为研究静力拉伸载荷下纤维金属层板变形行为,在标准试验之外引入数字图像关联技术(简称DIC),观测了GLARE2-3/2、GLARE3-3/2和GLARE6-3/2层板试样的应变变化过程.对比分析了获得的应力-应变曲线、应变云图及试样不同位置处的应变随载荷时间历程变化的过程.结果显示:GLARE2-3/2层板试样的应变变化过程均匀稳定,无明显边界效应;GLARE3-3/2层板试样轴向有瞬时的性能退化,横向具有边界效应;GLARE6-3/2铺层试样具有两次瞬时性能退化,横向边界效应与GLARE3层板试样相反.