层合复合材料的自由角效应--三维有限差分解

针对层合复合材料的自由角附近的层间高应力问题,提出了一个三维有限差分法的方案,计算层合复合材料在变温下的自由角效应问题,同时与以前的解进行了比较.研究表明,所提出的有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的,对[90°/0°]s对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料算例来说,比以前的半解析解更接近于用三维有限元计算的结果.还讨论了层间应力的应力场和层间破坏之间的关系,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

层合复合材料自由角附近层间应力场的数值分析

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题,提出了一种三维有限差分法方案计算层合复合材料在变温下的自由角附近的应力场。对文中给出的[90°/0°]s对称铺层和Ni/Al层合复合材料及两个算例,有限差分方案的结果以前所提供的半解析解结果更接近三维有限元计算结果。同时对纤维任意铺设的碳纤维增强塑料的算例进行了计算,发现有限差分方案的结果也和三维有限元计算结果符合的很好。这种有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的。文中还就所计算的例子的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。     

考虑胶接层效应的对称正交层压板的层间应力

本文研究了对称铺层的正交层压板在单向拉伸情况下的层间应力问题,文中采用纤维层之间存在胶接层的力学模型,纤维层简化为横观各向同性体,胶接层则为各向同性体。对各个单层按三维弹性理论建立其基本方程式及相应的边界条件,用分离变量法得到以 Fourier 函数和双曲函数两个无穷级数表达的位移和应力解,并对[0°/90°/90°/0°]铺层的层压板进行了实例计算,精确地确定了胶接层中的法向正应力和剪应力分布规律,比林毅在[1]中假定胶接层只承受沿厚度均布的横向剪应力有了改进。计算结果表明胶接层中的剪应力与正应力沿厚度方向在第二层中达最大值,层间应力在第二层与第三层的交界面上为最大,而沿宽度方向仍有明显的自由边缘效应,这与过去已有的结果是一致的。另外,文中还分析了胶接层厚度对层间应力的影响。     

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.     

纤维金属3维复合材料力学性能研究

研究不同排列方式的纤维金属3维复合材料在不同方向上的力学性能和失效模式,对复合材料试样进行拉伸试验、三点弯曲试验及静态压入试验.拉伸试验表明[0°/0°]排列的复合材料在纤维方向上具有最高的拉伸模量、屈服强度及拉伸强度,而在垂直于纤维方向上具有很低的力学性能.[0°/90°]排列的复合材料由于其仅一侧纤维受拉,其力学性能相对较弱,且变形模式表现为试样的弯曲变形.[0°/0°]和[0°/90°]两种方式排列的复合材料的拉伸剪切性能差别较小.弯曲试验表明[0°/0°]排列方式的复合材料在纤维方向上的抗弯能力最高.静态压入试验表明,[0°/0°]和[0°/90°]的复合板具有近似的抗压入破坏能力.试样破坏模式显示,纤维金属3维复合材料未出现界面失效等结构性破坏,具有优良的界面强度.      

层合梁自由振动的微分求积分析

基于一阶剪切变形理论,应用Hamilton原理,推导了变高度、变宽度对称层合梁的自由振动微分方程,用微分求积法计算了等截面、变截面对称层合梁的自由振动频率。对一些简单特殊情况,本文的计算结果和解析解进行了对比,表明微分求积法求解变截面层合梁是一种简洁高效的计算方法。计算结果为复合材料结构的工程振动分析提供了参考。     

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。     

复合材料层间应力计算的剪滞法

本文采用剪滞模型将复合材料层压板层间应力的计算转化为计算一组常微分方程的特征值问题．通过对不同铺层层压板层间应力的计算和比较表明：本文给出的方法简单，且行之有效．     

修正偶应力理论层合薄板自由振动模型及尺度效应

通过引入各向异性的细观尺度复合材料层合板的本构方程,将各向同性修正偶应力理论推广到各向异性,基于虚功原理首次建立了复合材料层合板新修正偶应力理论的自由振动模型.该理论包含不同的两个材料细观参数,偶应力曲率应变不对称.但是,用于各向同性材料与原修正偶应力理论等价,为了便于工程应用,建立了只含一个细观材料参数的偶应力层合薄板理论弯曲和振动的简化模型.算例表明建立的偶应力层合薄板模型能用于分析层合板的自由振动尺度效应.     

弹性支承玻纤增强层合板装配应力分析

提出了弹性支承正交纤维增强层合板装配应力的数值计算方法.0°层合板抗弯性高于45°层合板33%,而45°层合板抗扭性高于0°层合板84%.     

含孔复合材料层合板孔口缝合补强的层间应力分析

使用有限元模拟计算了含孔复合材料层合板开口缝合补强结构。研究了含孔复合材料层合板在轴向拉伸载荷作用下孔边各个铺层的层间应力分布情况,并将缝合后的层间应力值与缝合前的相关数值进行了比较,主要研究了不同缝合参数对孔边层间应力的影响。通过有限元模拟计算可得,层合板缝合补强后,孔边的层间应力比未缝合前显著减小,孔边附近层间应力的分布与相邻铺层的铺层角有关,不同铺层之间的层间应力沿孔边区域存在应力的转换点,并且存在显著差别。     

复合材料扁壳的层间应力分析

给出了复合材料层合板壳变曲变形的高阶位移模式,利用连续条件,导出了层间应力修正公式,并推导了相应的有限元方程,算例计算了多种铺设方式和多种材料组合的剪应力分布,分析了壳体曲率对层间应力的影响,结果表明,纤维铺设方向和不同材料组合对层间应力沿厚度的分布有较大影响,曲率的变化对层间应力的大小有一定影响,而对应力沿厚度的分布影响较小。     

整桥-温度-重载耦合作用下钢桥面黏结层力学分析

建立了整桥鱼脊骨模型和基于复合材料层合板单元的铺装层体系计算模型.首先分析了整桥应力场及局部梁段的温度场对防水黏结层的作用效应以及最不利工况,然后得到黏结层在重载、整桥应力场及日照温度场耦合作用下的最不利层间剪应力.计算结果表明:整桥应力场作用时,黏结层在受扭梁段受层间横向剪应力为主,而在受弯及受拉梁段受层间纵向剪应力为主;当日照温度场作用时,受层间横向剪应力较大;重载作用下,黏结层层间横向剪应力明显大于纵向剪应力,且与荷载集度呈线性关系.在整桥-温度-重载多场耦合作用下,分析得到黏结层的最不利受力状态,并基于贡献率的概念,分析了整桥应力场、日照温度场及车辆荷载各自对黏结层层间剪应力的贡献情况.车辆荷载作用对黏结层层间横向剪应力的贡献率仅为80.1%,对黏结层层间纵向剪应力贡献率为89.3%.     

缝纫对复合材料层板面内单向拉伸强度的影响

缝纫方法可以极大地增强复合材料层板的层间力学性能，与此同时也对复合材料层板的面内力学性能造成一定的损伤。作者采用理论与实验相结合的方法研究了复合材料面内拉伸强度与缝纫参数的影响，研究结果表明复合材料层板的面内拉伸强度与缝纫参数密切相关，复合材料层板的面内拉伸强度将随缝纫密度，缝纫线直径的增加而减小。作者认为这是因为缝纫过程在复合材料层板中产生的初始损伤密度随缝纫密度和缝纫直径的增加而增加所造成的。     

带圆孔复合材料层合板的孔边层间应力研究

含圆孔纤维增强层合板的孔边层间应力研究属三维各向异性弹性力学范畴,是一个较复杂的问题。本文利用块体八结点各向异性等参元,求解了在两种平面载荷作用下,含不同圆孔孔径的多层纤维增强层合板孔边层间应力的分布。     

复合材料层板损伤失效分析

基于连续损伤理论,利用多标量损伤模型,考虑单层板失效前由微裂纹损伤所造成的刚度下降,将Hoffman准则作为复合材料单层板在复杂应力状态下的极限损伤条件,应用该准则对含圆孔复合材料层合板在单向拉伸载荷下的损伤破坏过程进行了数值分析,并与常规(无损伤)失效准则的结果进行了比较.计算表明:损伤引起单层刚度下降,使应力重新分布,加速应力向未损伤层和周围单元转移,从而使应力集中得到缓解,层板的单层破坏载荷明显提高,从而提高层板的极限载荷,提高程度受铺层方式的影响.可见,由损伤引起的刚度下降应在层板失效分析中加以考虑.     

基于Hashin失效准则的复合材料螺栓连接损伤破坏研究

本文介绍了复合材料螺栓连接二维模型的损伤破坏分析方法,Hashin失效准则和刚度降方法,考虑接触关系,剪切非线性和材料刚度降低,针对Hashin失效准则编制相应的损伤程序,然后采用有限元软件ABAQUS对复合材料层合板螺栓连接件强度进行数值计算。研究结果表明,利用损伤子程序可以较好的预测层合板的破坏载荷以及损伤初始发生的铺层及其扩展方向,损伤的发生和扩展只与铺层角有关,而与铺层顺序、铺层的厚度无关,剪切非线性分析更加合理,考虑非线性影响时,失效准则中包括剪切应力项,损伤产生较早。