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。     

T700/QY8911缝合复合材料细观力学模型研究

建立了两种缝合复合材料单层细观力学几何模型。通过考虑缝线引起面内纤维弯曲角度的梯度渐变分布和纤维弯曲区域宽度的范围,以T700/QY8911缝合复合材料为例,用细观力学方法和数值积分方法分别计算了两种模型的弹性常数和拉伸强度。计算及试验结果表明,缝合引起的面内纤维弯曲变形导致了复合材料纵向弹性常数下降;无论增强纤维最大弯曲变形程度为何值,当纤维弯曲区域宽度越小,纤维弯曲区域宽度对纵向弹性模量的影响越大;即缝线引起纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲变形比纤维全部发生弯曲变形得到的结果更准确。     

民机雷达罩的抗鸟撞非线性力学行为仿真研究

为了研究某民机雷达罩结构的抗鸟撞性能,基于ABAQUS建立了采用纤维增强非线性动力本构的雷达罩模型,综合考虑了复合材料与泡沫芯材的非线性行为与应变率效应。该文通过仿真模拟,分析了面板材料(包括复合材料和泡沫芯材)是否考虑非线性与应变率效应、夹芯结构铺层顺序与角度,以及前后面板厚度比对结构鸟撞响应失效行为的影响。结果表明：纤维增强复合材料的非线性动力本构能够很好地描述雷达罩复合材料结构在动态加载下的应变率强化效应。不同铺层角度下的雷达罩面板的破坏形式基本相同,其最主要的失效形式是基体拉伸破坏,而前后面板铺层顺序为[0/-45/45]/[45/-45/0],且前后面板层厚比接近1的模型具有较好的吸能效果。     

玻纤分布层合热塑性复合材料的力学性能及其失效行为

使用连续玻纤毡和玻纤网格布两种形态增强体,通过宏观不均匀增强体结构设计,在连续化运行的双钢带压机上制备得到了玻纤分布层合热塑性复合材料,探讨了玻纤增强体分布层合结构对复合材料力学性能及其失效破坏行为的影响。结果表明,玻纤增强体的宏观不均匀层合结构对复合材料的拉伸及弯曲性能的影响存在差异;连续玻纤毡位于外侧的分布层合结构能够抑制裂纹在垂直于拉力方向的扩展,层间分离的同时使更多的纤维束拔出断裂,显著改善了复合材料的拉伸性能;玻纤网格布位于外侧的分布层合结构则使其弯曲性能明显提高,外侧玻纤网格布中取向的玻纤呈现张力破坏使复合材料能够承受更高的弯曲载荷;分布层合结构中引入的玻纤网格布发挥了纤维束增韧作用,大幅提高了复合材料的冲击强度;与玻纤毡增强热塑料复合材料(GMT)相比,适宜的分布层合结构可使复合材料的拉伸及弯曲性能提高59%~76%、冲击强度提高53%。     

三维渐进损伤的复合材料层合板低速冲击模型

为了有效反映复合材料层合板面内和层间的非线性损伤,建立了一个新型的损伤模型,该模型基于三维实体单元和内聚力单元可以有效分析复合材料层合板在低速冲击作用下的层内和层间非线性失效行为.对于复合材料层合板面内损伤,以改进的Hashin失效准则作为起始损伤准则,提出了一种基于能量释放率的损伤变量指数渐进演化模型,既描述了复合材料损伤的渐进失效过程,又避免了材料刚度突然下降导致刚度矩阵奇异的不足,同时引入特征长度来降低结果对网格的依赖性,最终建立了单层板的渐进损伤非线性分析模型;针对层合板的层间损伤,采用内聚力单元来模拟,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界面损伤演化规律.该损伤模型通过商用有限元软件ABAQUS/Explicit的用户子程序VUMAT实现,并使用该模型对碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板在横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析.数值仿真的结果与试验结果进行了比较,吻合良好,验证了该模型的有效性.     

SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度特性研究

研究了嵌入形状记忆合金(SMA)纤维复合材料变截面板弹簧的刚度性能.首先分析一类常用SMA材料的基本力学性能,讨论了基于Brinson本构模型下的受限回复特性.在建立具有SMA纤维的各向异性层合梁的本构方程的基础上,利用瑞利-利兹能量法求板簧的挠度,给出板簧刚度的表达式.最后,运用MATLAB进行数值计算,得到了SMA纤维复合材料变截面板簧刚度随温度、铺层角、SMA含量的变化关系曲线,揭示了SMA纤维复合材料变截面板簧的刚度可调节机理.     

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.     

正交铺设复合材料矩形悬臂板弯曲解析研究

应用各向异性板结构横向弯曲一般解析解 ,对承受均布载荷的正交铺设纤维增强复合材料矩形悬臂板进行弯曲分析。讨论了各向异性对板挠度的影响。分别选取强各向异性材料、弱各向异性材料进行计算分析 ,结果表明纤维方向垂直于悬臂板固定边的层合悬臂板刚度挠度最小。     

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.     

碳纤维增强树脂基复合材料力学性能预测

利用有限元软件ABAQUS作为建模计算平台,应用Python语言编程,实现了纤维增强复合材料有限元模型中纤维体积分数含量的控制和各向异性材料局部坐标与整体坐标下输出变量的转换,对碳纤维增强树脂基复合材料的基本力学性能进行了预测,提出了预测纤维增强复合材料基本力学性能的新方法.可对不同性能的纤维、基体材料、不同纤维体积分数含量、不同纤维铺设铺层角度、不同加载方向的纤维增强复合材料的力学性能进行预测.     

非对称铺层T700复合材料层合板铺层顺序优化

为分析经过铺层顺序优化后的复合材料层合板的承载能力,基于有限元优化设计软件,构建碳纤维复合材料层合板有限元模型,施加边界条件与轴向载荷,进行力学性能分析;以碳纤维复合材料层合板铺层顺序为设计变量,以层合板主应变、连续角度铺层不超过四层等为约束条件,最大承载能力为设计目标,对层合板进行优化;并对优化后的层合板基于强度理论进行校核,结合力学试验对比分析优化前后的层合板力学性能差异.结果表明:碳纤维复合材料层合板铺层顺序经过优化后,承载能力增强,试验结果与仿真结果具有一致性,优化方法是合理可靠的.     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

Prediction of Final Velocity of Aramid Fabric-Resin Composite Laminates Subjected to Ballistic Impact

The strain rate effects of aramid fiber material, quasi-static and ballistic impact perforation of composite laminates made of aramid fabric and phenolic resin/PVB are investigated respectively by means of MTS, split Hopkinson tension bars and ballistic impact apparatus. The tensile impact experiments on aramid fiber material are performed in strain rate range from 0.01/s to 1000/s. Experimental results show that the mechanical properties of aramid fiber material are insensitive to strain rate in the range from 0. 01/s to 1 000/s. An energy model to predict final velocity of composite laminates subjected to ballistic impact is proposed on the basis of experimental data of quasi-static perforation through the targets. The predicted final velocities show good agreement with the experimental final velocity.     

纤维金属层板的拉伸性能研究

GLARE是一种先进的混杂层板材料,由高韧度薄铝合金层和高强度玻璃纤维/环氧树脂层交替铺设而成,具有独特的轻质、耐疲劳、耐冲击、高阻燃性和耐腐蚀属性.系统地对GLARE层板进行了静力拉伸测试,展示了铺层结构和铺层类型对其静力学性能的影响,并对混杂模型的适用性进行了验证.结果显示:采用混杂模型法预测GLARE层的轴向弹性模量具有较高的精度,但进行强度预测时对于部分类型的层板需要考虑纤维的桥接作用.     

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。     

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.     

ANISOTROPY OF THE KERATIN FIBRE COMPOSITE

This paper presents a composite model of the natural keratin fibres (wool and hair) whichconsists essentially of isotropic viscoelastic filaments, oriented parallel to each other in the fibreaxial direction, embedded in an isotropic viscoelastic matrix. The model accurately fits the exper-imental data on the fibre axial stress relaxation moduli and provides upper and lower bounds forthe initial/final values for the fibre transverse tensile and shear stress relaxation moduli andtransverse Poisson's ratio. The partially water penertrable filament phase of the composite modelis identified as the microfibrils in the fine structure of keratin. The strong anisotropy of keratinsin mechanical properties and hygral/thermal expansion is analyzed in terms of composite struc-ture and mechanical as well as the thermal/hygral properties of the two constituent phases.     

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。