复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤

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。     

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．     

撞击物对复合材料层合板冲击损伤特性的影响

针对一种采用预浸料成型工艺制备的复合材料层合板,开展不同撞击物作用下复合材料层合板低能量冲击损伤特性研究. 通过对比相同冲击能量（60 J）下,钢球、铝球和聚合物球撞击复合材料层合板的落锤/气炮冲击试验结果和冲击后含损伤结构的压缩试验结果,研究了不同撞击因素对复合材料低能量冲击损伤面积和剩余压缩强度的影响. 结果表明,相同冲击能量下,同种材质撞击物（不同质量）以不同速度冲击复合材料层合板的损伤特性相似;而不同材质撞击物（不同弹性模量和泊松比）得到的结果差异显著. 结合赫兹接触理论,初步解释了撞击物弹性性能影响接触刚度和冲击损伤程度的规律.      

考虑逐步失效的层合板低速冲击损伤研究

提出了一种预测复合材料层合板低速冲击损伤的数值分析方法.利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行模拟计算,得到层合板考虑逐步失效影响的冲击响应.将冲击响应中的最大冲击接触力作为集中载荷准静态地加载到板的冲击接触处,结合分层失效准则得到分层损伤的形状和尺寸.对几种典型的层合结构进行模拟计算,其结果与文献中的实验结果基本一致.     

冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟分析

为了研究钛合金/碳纤维增强复合材料(Ti/CFRP)层合板结构的抗冲击性能,采用基于三维Hashin准则的VUMAT材料子程序模拟复合材料层合板的损伤失效,采用内聚力单元模拟层合板与钛合金之间的胶层,采用Johnson-Cook本构模型模拟钛合金的塑性变形及失效,建立了Ti/CFRP层合板结构的冲击损伤有限元模型。分别讨论了冲击动能、钛板的厚度及复合材料的铺层角度等因素对层合板结构的抗冲击性能的影响,结果显示增加钛板的厚度可以有效提高层合板结构的抗冲击性能,Ti/CFRP层合板结构承受冲击载荷发生损伤失效时,失效模式以基体失效与拉伸分层失效为主,合理选择铺层角度可以改善复合材料层合板的抗冲击性能。分析结果可为Ti/CFRP层合板结构的设计及工程应用提供参考。     

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。     

基于数值方法的预应力状态下复合材料板冲击响应研究

考虑初始拉伸应力或初始压缩应力的影响,对复合材料层合板的高速冲击响应进行研究。基于显式有限元方法,引入三维Hashin失效准则模拟层内纤维和基体的损伤和演化过程,结合Cohesive单元模拟层间分离破坏过程,建立数值模型,分析不同冲击能量下的预应力复合材料层合板的冲击响应。数值计算结果表明：预应力状态对冲击变形、冲击载荷峰值、冲击极限速度、分层损伤模式和损伤耗能分布均有影响;总体来说,压缩预应力降低了复合材料层合板的抗冲击性能,而拉伸预应力效果不能下定论。作为复合材料冲击过程的重要影响因素,预应力状态必须加以考虑。     

预应力状态下复合材料板冲击响应数值方法研究

考虑初始拉伸应力或初始压缩应力的影响,对复合材料层合板的高速冲击响应进行研究。基于显式有限元方法,引入三维Hashin失效准则模拟层内纤维和基体的损伤和演化过程,结合Cohesive单元模拟层间分离破坏过程,建立数值模型,分析不同冲击能量下的预应力复合材料层合板的冲击响应。数值计算结果表明:预应力状态对冲击变形、冲击载荷峰值、冲击极限速度、分层损伤模式和损伤耗能分布均有影响;总体来说,压缩预应力降低了复合材料层合板的抗冲击性能,而拉伸预应力效果不能下定论。作为复合材料冲击过程的重要影响因素,预应力状态必须加以考虑。     

高性能航空复合材料低速冲击损伤分析

针对复合材料层合板冲击损伤模拟问题,基于各向异性材料连续介质损伤力学分析法,采用基于应变描述的失效判据来判断损伤,引入材料损伤状态变量对复合材料损伤情况进行描述;并考虑材料的剪切非线性,建立了复合材料层合板在低速冲击作用下的3D非线性连续损伤有限元模型。通过编写VUMAT材料用户子程序可以实现层内各类损伤的判断和演化。使用界面单元模拟层间区域,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的能量释放率准则来判断分层损伤的起始和演化规律。为了更准确模拟试验中层合板的动态响应,有限元模型较为真实地反映了实际的试验条件。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,证明了基于该方法建立的有限元模型的有效性。     

含分层损伤复合材料层合板胶接振动特性影响

通过对含不同大小层间分层层合板结构分析，讨论由胶接所产生的拉伸和剪切刚度对含层间分层损伤复合材料层合板振动特性的影响。基于修补分层损伤结构变形特点，将含损层合板的基板、上子板和下子权采用Mindlin板单元离散，而损伤区修复效应以胶接单元模拟，建立相应的有限元分析模型和计算方法。通过对含损层合板的振动分析，验证采用的修复分层损伤胶接单元的正确性；依据拉伸和剪切胶接刚度对含损层合板固有频率的分别影响与综合影响，得到对分层损伤复合材料层合板修补的指导性原则。     

宽度孔径比对复合材料机械连接试验的影响研究

采用不同宽度孔径比(W/Z)=3、4、5)的复合材料两钉机械连接试件进行单剪拉伸和压缩试验。虽然都属于50%挤压/旁路响应试验且孔径相同,但不同宽度导致复合材料层合板和螺栓承载能力之间配比发生变化,进而对应的破坏模式、试验结果表现出很大的不同。经过试验观察、计算分析发现:当W/D=3时,复合材料层合板在螺栓处断开,这是由于复合材料层合板相比螺栓承载能力弱因而发生了旁路破坏;当W/D=4、5时,螺栓、复合材料层合板挤压较为明显,伴随着复合材料层合板分层,这是由于复合材料层合板相比螺栓承载能力强因而发生了挤压破坏。     

空间等参拟协调元在复合材料层压结构中的应用

本文将一空间等参拟协调元推广到复合材料层合结构的分析中,该单元既可作为块元又可视为层合板元,且特别适用于变厚度的复合材料层合结构的分析.数值实例计算表明,该单元用于薄层合板时无剪切自锁现象,有良好的计算精度和效率.     

含分层损伤复合材料层合板的精化有限元法

提出了一种以勒让德多项式逼近位移场的含分层损伤的复合材料层合板的高阶理论精化有限元模型，该模型考虑了横向剪切变形沿层板厚度的分布规律，满足层板上下表面及分层处上下表面横向剪应力为零的条件；对分层损伤区域内的层板刚度进行了修正。     

具脱层复合材料层合梁-板的自由振动分析

基于经典弹性理论,建立了含脱层复合材料层合梁的运动控制方程,研究了脱层复合材料层合梁自由振动频率和振动模态。分析中,对脱层梁结构采用分区处理,同时结合边界条件、内力平衡条件以及位移连续条件,建立了梁模态分析的特征方程。最后利用具体算例,探讨了具脱层梁不同脱层参数、铺设角度下的一、二阶固有频率,并对比分析了不同的脱层深度、脱层长度和脱层位置以及不同的铺设材料对复合材料层合梁模态的影响。     

层合板厚度对桥接和层间断裂韧性影响的研究

复合材料层合板分层扩展行为的准确模拟与分析对层合板结构设计十分重要.针对现有研究未定量描述Ⅰ型层间断裂韧性与层合板厚度之间关系这点不足,借助ABAQUS有限元软件建立平面应变模型,通过对厚度与层数比例的控制,采用迭代方法来确定试样厚度对桥接区牵引分离行为的影响. 同时,考虑内聚力本构关系,利用有限元方法研究厚度为2、4、8 mm的单向碳/环氧复合材料试样层间分层扩展行为.结果表明,层间的稳态断裂韧性随着试样厚度的增加而增加,但初始断裂韧性与厚度无关,进而验证试样厚度对层合板层间断裂韧性的影响,分析结果与实验值有较好的一致性.     

双曲壳结构复合材料的热临界屈曲温度分析

以双曲壳结构复合材料为研究对象,利用有限元Block-Lanczos研究分析法对复合材料层合双曲壳结构在温度场下热屈曲行为进行研究,并研究了复合材料层合双曲壳铺层厚度、边界条件、纤维方向等对临界屈曲温度的影响。结果表明:在均匀温度场下复合材料层合双曲壳临界屈曲温度与边界条件、铺层厚度、纤维方向有密切关系并成一定规律分布。通过对复合材料双曲壳结构的热屈曲性能分析,为复合材料结构设计和实际工程应用提供了一种有效的分析及建模方法。     

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。     

含损伤复合材料AGS结构固有频率数值预测

通过共振峰法求解了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板的固有频率.分别采用复合材料板单元梁单元模拟蒙皮和肋骨,结合Adams应变能法与Rayleigh阻尼相结合的阻尼模型,并引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象,推导了求解含损伤复合材料格栅加筋结构动力响应的有限元列式.在上述模型和理论基础上,首先采用精细积分法求解含损伤AGS结构的动力响应,再由外载频率与板内最大动挠度曲线的峰值确定结构的各阶固有频率,从而为蒙皮含分层损伤AGS结构固有频率的数值预测提供了一个较为有效的途径.