横向裂纹损伤扩展特性分析

文章对典型铺设的［０２／±４５２／９０２］ｓ碳／环氧复合材料层板中的典型损伤状态进行了实验观测，建立了横向裂纹扩展的三维有限元分析模型。结果表明，横向裂纹是层板的主要损伤型式，横向裂纹的出现能够改变无损伤状态时层板的层间应力分布状态，对分层出现的位置起决定性影响。     

玻璃纤维铝合金板低速冲击损伤演化数值模拟

编写了复合材料损伤的VUMAT子程序,并结合Johnson-Cook金属损伤模型和表面内聚力行为层间分层方法建立了玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)受落锤低速冲击的数值模型.分析了能量吸收、形变情况及锤头接触力的变化,并通过与实验结果的比较验证了有限元方法的可靠性.利用有限元方法能够更全面分析材料损伤变化的优势,模拟了GLARE三维渐进失效、铝合金层的失效以及纤维层和铝合金层界面分层的破坏模式.通过综合分析该三种渐进失效与能量吸收、形变情况及锤头接触力的变化,揭示了玻璃纤维增强铝合金层板受落锤低速冲击下的破坏机理,验证了铝合金层板的加入对于玻璃纤维增强铝合金层板抗冲击性能增强规律.     

复合材料铺层板低速冲击作用下损伤的有限元分析

建立了分析纤维增强树脂基复合材料层合板在横向低速冲击作用下损伤和变形行为的有限元模型.针对铺层板的层内损伤,在采用应变描述的Hashin失效准则的基础上,建立了单层板的逐渐累积损伤本构模型;针对铺层板的层间脱层损伤,使用界面单元模拟层间粘接区域,在采用力与相对位移表示的材料模型的基础上,建立了各向同性脱层损伤模型,通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义界面损伤演化规律.计算模型通过有限元软件ABAQUS/Explicit的材料模型用户子程序实现.使用该计算模型对铺层方式为(04,904)S的碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板在不同横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析,并将数值仿真结果与试验结果进行了比较,验证了所提出模型的正确性.     

含分层复合材料层合板的高阶有限元分析方法

本文以勒让德（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）多项式逼近位移场沿板厚度方向的变化规律，考虑了含分层损伤复合材料层合板分层区域的横向剪应力分布，对层合板分层区域的刚度进行了修正，并在此基础上建立了分析含分层损伤复合材料层合板的高阶有限元模型，编制了相应的计算程序，分析了分层损伤对复合材料层合板弯曲变形和应力的影响。     

含椭圆形分层损伤层合板的非线性的热屈曲

采用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法分析了含单个椭圆形分层损伤的复合材料对称层板在均匀温度场中的分层热屈曲问题，考虑了材料依赖于温度变化的性及热性质，给出了相应于不同椭圆主轴偏角β、不同椭圆长短半轴ａ／ｂ，以及对称角铺设层板在不同铺设角θ值时的线性和非线性热弹性脱层屈曲的临界温度。     

含分层损伤轴对称复合材料层合壳的高阶理论及有限元分析

提出一种轴对称旋转壳的高阶理论有限元分析模型，采用勒让德多项式逼近位移场沿轴对称壳体厚度方向的变化规律，对含分层损伤的轴对称层合壳结构，构造了一种轴对称分层损伤模型，对分层区域的弯曲刚度和横向剪切刚度作了修正。由典型算例讨论，研究了具有相同分层损伤面积层合壳的损伤分布与位置对其变形的影响。     

含椭圆形分层损伤层合板的非线性热屈曲

采用Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法分析了含单个椭圆形分层损伤的复合材料对称层板在均匀温度场中的分层热屈曲问题．考虑了材料依赖于温度变化的弹性及热性质，给出了相应于不同椭圆主轴偏角β、不同椭圆长短半轴ａ／ｂ，以及对称角铺设层板在不同铺设角θ值时的线性和非线性热弹性脱层屈曲的临界温度．     

玻璃布增强PC复合材料分层裂纹的扩展行为

利用光学显微镜原位研究在Ⅰ型动态加载下玻璃布增强ＰＣ复合材料层板的分层断裂过程及其微观机理．结果表明，分层损伤微裂纹易萌生在平行于裂纹扩展方向的纱线束和交织面内．在层板边缘，主裂纹可沿经纱的方向穿过经纱和纬纱的交织面向前扩展，造成织物分隔．随裂纹张开位移的增大，纬纱才回到原织物平面内．     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

脆性基体复合材料层板弯曲破坏的数值模拟

讨论了复合材料层板的弯曲破坏问题，纤维层是正交异性弹性体，而基体为脆性损伤材料。提出了一种脆性损伤模型，虽是各向同性连续损伤模型，但利用等效损伤应变的定义，可以区分拉、压和剪切对损伤的不同响应，用有限元法数值模拟了如下现象，一旦基体出理临界伤，弯曲载荷则从最大值急速下解，同时基体的临界损伤区很快扩展，并且发生局部纤维断裂，从而使复合材料层板几乎失去了承弯能力，整体呈脆性特性。为便于了解破坏过程，给     

内部分层对复合材料层合板承载能力的影响

根据含分层损伤复合材料的高阶有限元模型,分析了内部分层对复合材料层合结构的影响。分析表明,内部分层将引起层合板应力分布变化,应力值提高,由此将导致复合材料层合结构承载能力的显著下降。     

含单个分层复合材料层合板后屈曲性态研究

基于Mindlin假定下大变形的板／壳理论,采用参考面单元和虚拟杆单元相结合的非线性有限元方法,建立了分层损伤层合板后屈曲分析的有限元计算模型,并研究了考虑层间接触效应的单分层层合板的后屈曲性态．着重研究了分层深度、铺层次序和分层尺寸对含单个穿透分层层合板后屈曲性态的影响,如随分层位置沿厚度方向由表面向中心靠近,层合板后屈曲载荷呈下降趋势;当分层尺寸确定时,层合板的铺层次序及分层深度对后屈曲载荷的影响呈现明显的规律性;不同分层尺寸对后屈曲模态有显著影响等．所得结论对层合板结构设计和评估有指导意义。     

基于传递函数的含损伤复合材料加筋板振动

研究了具有基板嵌入分层损伤和筋板脱粘损伤的复合材料加筋层合板的振动特性。根据层合板和层合梁的一阶理论,结合Adams应变能法的模态阻尼模型,建立了含损伤复合材料加筋板动力分析的有限元方法,开发了相应的有限元分析软件。通过典型数值算例的计算结果,分别讨论了具有基板分层和筋、板间脱粘的复合材料加筋板损伤尺度和损伤位置对板的传递函数的影响,得到含不同类型和尺度的含损伤复合材料加筋板的振动特征。     

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。     

含分层损伤复合材料层合板非线性热弹性分析

应用含分层损伤复合材料层合板的高阶理论精化有限元模型，对「０／９０」ｓ对称正交铺设层合板在热成型过程中的热变形及残余应力进行了非线性热弹性分析，考虑了材料弹性性能和热性质依赖于温度变化的影响，得到一些对工程应用有参考意义的结果。     

含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度数值分析

综述了作者在含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度的研究方面所取得的一些近期进展。（1）基于“Zig-Zag”模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板线性和非线性屈曲分析的有限元列式;（2）推导了材料性质与温度有关的复合材料夹层板增量求解形式的有限元列式;（3）针对具有面板和芯体间界面开裂和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系;（4）建立了考虑桥联影响的具有表板与芯体开裂损伤的复合材料夹层板屈曲分析有限元列式;（5）以整体－局部变分原理为基础,提出了复合材料夹层板后屈曲分析的有限元分析方法,研究了含表板／芯体开裂损伤的复合材料夹层板的后屈曲路径,以典型结构为例,讨论了表板铺设方向,开裂面积大小,桥联刚度和结构边界支撑对含损复合材料夹层板的前后屈曲性态的影响。     

复合材料加筋壁板长桁终止端失效分析

为了研究复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏机制,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于壁板与长桁缘条之间的脱胶损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,所建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下壁板与长桁缘条间的脱胶过程,且能较好地预测该结构的承载能力与分层面积。     

基于接触算法的复合材料层板脱层损伤分析

针对长纤维增强树脂基复合材料层合板的脱层损伤破坏,提出了基于接触算法的脱层预测模型.在潜在产生脱层区域模拟为粘结接触,并将脱层模型作为界面的接触行为,引入一个损伤变量来表征在达到宏观裂纹之前的微裂纹和微缺陷区域面积,从而获得产生损伤时界面的有效刚度.通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义了损伤发展过程中的损伤面,分析了脱层产生和扩展的整个过程.并将该模型通过ABAQUS/Explicit的用户子程序VUINTER实现.对控制双悬臂梁张开位移率方式下裂纹扩展的数值仿真结果与实验结果进行了比较,取得了满意的结果,验证了该模型的正确性.     

含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析

给出了材料性质与温度有关的含分层损伤的复合材料加筋层合板的增量求解形式的有限元列式,并计算了含分层损伤的加筋层合板的热屈曲问题．计算结果表明,材料性质随温度变化的特征、加筋形式和分层大小对加筋层合板的热屈曲温度有显著影响．