碳纤维复合材料单向层合板自传感特性

通过测试碳纤维/环氧复合材料(CFRP)单向层合板单轴拉伸和循环拉伸时的电阻变化,研究了碳纤维复合材料单向层合板自传感特性.结果表明:不同铺层方向CFRP单向层合板拉伸时体积电阻变化特性各不相同,该电阻变化特性比应力、应变能更多地反映有关材料内部结构变化的信息;CFRP单向层合板具有压阻效应,压阻效应随着应力的增加而增加,偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效应比纵向拉伸时要大,且随铺层方向角的增大,压阻效应越来越明显.利用CFRP单向层合板这种自传感特性,可实现在线实时自监测以及对其损伤、破坏的自诊断.     

基于疲劳模量的复合材料层合板疲劳寿命预测方法

以碳纤维/树脂基T300/QY8911层合结构为研究对象,从唯象的观点出发,以疲劳模量为参量构造损伤函数,基于.几组最典型的单向板疲劳试验数据,采用等寿命曲线和复合型累积损伤建立了单向板在多轴循环应力作用下的疲劳寿命模型.并以此为基础,发展了同种材料体系的任意铺层形式的多向层合板在复杂循环载荷作用下的疲劳寿命预测方法和计算程序,通过整合有限元平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟了多向层合板的疲劳失效过程.算例结果表明该方法可行、有效.     

含铺层拼接层合板的等效刚度估算

通过分析铺层纤维取向和面内变形特点,提出纤维切断铺层拼接层合板的力学性能分析方法。按单层偏轴向力学性能转换关系,推导了不同纤维方向拼接层的等效工程弹性常数计算公式,并举例说明了含铺层拼接层合板的等效刚度计算方法。     

碳纤维增强型复合材料在非破坏雷电流脉冲下的动态导电特性

为了研究碳纤维增强型复合材料(CFRP)层合板在雷电流脉冲作用下的动态导通机制,建立了CFRP动态导电特性实验平台,通过研究非破坏性10/30、20/60及40/120μs的雷电流脉冲作用下CFRP层合板的动态响应,分析了铺层结构、试样夹持方式及雷电流参数对CFRP动态导电特性的影响。研究结果表明:在100～1 000A的雷电流作用下,受到内部铺层结构的影响,CFRP层合板厚度方向电导率(10-3 S/mm)远小于平面方向电导率(100S/mm),具有各向异性非线性电导率;CFRP层合板表现出明显的电感效应,即动态电压超前于电流,动态伏安特性曲线中上升与下降阶段不重合;施加的雷电流上升速率越低、波长越长,CFRP层合板动态电导率越大;CFRP层合板在雷电流脉冲作用下所表现出的电感效应与碳纤维丝的电感特性密切相关。CFRP动态导电特性及导通模型的研究能够为CFRP雷电直接效应热电耦合模型的建立以及CFRP性能优化和结构提升提供理论支撑。     

玄武岩纤维/铝合金层合板的力学性能研究

通过单向拉伸、剪切以及三点弯曲实验研究了玄武岩纤维/铝合金层合板在不同加载方式下的准静态力学性能。利用空气动力枪对玄武岩纤维/铝合金层合板进行了子弹冲击加载实验。实验中得到了层合板材料不同的力学参数以及子弹冲击下典型的变形失效模式。实验结果表明:在单向拉伸载荷作用下层合板中纤维层将首先发生断裂破坏从而导致材料失效,45°拉伸剪切作用下由于纤维不承受拉伸载荷,其剪切强度较低而剪切应变较大,从而导致铝板发生面内弯曲变形。在12 mm子弹冲击载荷下玄武岩纤维/铝合金层合板具有较好的抗冲击性能,其弹道极限为97.9 m/s。     

弹性支承上四边简支复合材料层合板屈曲性能分析

采用双参数地基模型,运用能量变分法,推导了弹性支承上四边简支复合材料层合板在面内压缩荷载作用下屈曲问题理论计算公式;并将结果与现有结果进行对比,验证了方法的适用性。对纤维铺层、弹性支承常数及纵横比等参数对复合材料层合板屈曲系数影响进行分析。结果表明,层合板屈曲系数随着弹性支承刚度的增加而增大,随着纤维铺层角的变化而变化,弹性支承剪切刚度对层合板屈曲系数的贡献不可忽略。方法可为复合材料夹层板结构实际工程设计提供参考。     

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。     

碳纤维增强型复合材料在非破坏雷电流脉冲下的动态导电特性

为了研究碳纤维增强型复合材料(CFRP)层合板在雷电流脉冲作用下的动态导通机制,建立了CFRP动态导电特性实验平台,通过研究非破坏性10/30μs,20/60μs及40/120μs的雷电流脉冲作用下CFRP层合板的动态响应,分析了铺层结构、试品夹持方式及雷电流参数对CFRP动态导电特性的影响。研究结果表明:在100~1000 A的雷电流作用下,受到内部铺层结构的影响,CFRP层合板厚度方向电导率(10-3 S/mm)远小于平面方向电导率(100 S/mm),具有各向异性非线性电导率。同时发现CFRP层合板表现出明显的电感效应,即动态电压超前于电流,动态伏安特性曲线中上升与下降阶段不重合;此外,施加的雷电流上升速率越低、波长越长,CFRP层合板动态电导率越大。CFRP层合板在雷电流脉冲作用下所表现出的电感效应与碳纤维丝的电感特性密切相关。CFRP动态导电特性及导通模型的研究能够为CFRP雷电直接效应热电耦合模型的建立以及CFRP性能优化和结构提升提供实验与理论支撑。     

碳纤维增强型复合材料在非破坏雷电流脉冲下的动态导电特性

为了研究碳纤维增强型复合材料(CFRP)层合板在雷电流脉冲作用下的动态导通机制,建立了CFRP动态导电特性实验平台,通过研究非破坏性10/30μs,20/60μs及40/120μs的雷电流脉冲作用下CFRP层合板的动态响应,分析了铺层结构、试品夹持方式及雷电流参数对CFRP动态导电特性的影响。研究结果表明:在100~1000 A的雷电流作用下,受到内部铺层结构的影响,CFRP层合板厚度方向电导率(10-3 S/mm)远小于平面方向电导率(100 S/mm),具有各向异性非线性电导率。同时发现CFRP层合板表现出明显的电感效应,即动态电压超前于电流,动态伏安特性曲线中上升与下降阶段不重合;此外,施加的雷电流上升速率越低、波长越长,CFRP层合板动态电导率越大。CFRP层合板在雷电流脉冲作用下所表现出的电感效应与碳纤维丝的电感特性密切相关。CFRP动态导电特性及导通模型的研究能够为CFRP雷电直接效应热电耦合模型的建立以及CFRP性能优化和结构提升提供实验与理论支撑。     

碳纤维增强树脂开孔层合板轴向拉伸失效模拟分析

基于ABAQUS平台,建立了开孔复合材料层合板轴向拉伸渐进失效模型.以二维Hashin作为损伤准则,考虑了基体拉伸、压缩失效和纤维拉伸、压缩失效模式.讨论了层合板的受力与失效形式,分析了铺层角度、中心孔尺寸对极限载荷的影响.研究结果表明:失效模式主要表现为纤维拉伸失效和基体拉伸失效,纤维作为复合材料板的主要强度来源,在力与纤维方向发生偏差时,层合板力学性能急速下降;中心孔越大,层合板力学性能越差,并且层合板力学性能与中心孔尺寸成线性关系.     

复合材料铺层拼接区的应力集中研究

讨论了树脂基复合材料的柔度和变形随纤维方向的变化规律.采用有限元法分析了不同纤维方向对铺层拼接层合板的力学性能影响,计算表明拼接区的变形复杂,应力集中显著.根据计算数据求出最大应力随纤维偏角的变化关系,通过引入应力集中系数,得到了计算铺层拼接区的最大应力表达式.     

复合材料层合板参数灵敏度分析及优化设计

工程结构中的复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质.如何研究随机参数层合板的灵敏度,并对参数进行优化分析,这对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义.用随机摄动法,导出了求反对称层合板响应灵敏度的计算公式,研究了随机参数反对称层合板响应的灵敏度和优化设计,并用网络法计算出最佳铺层角.     

基于改进桥联模型的CFRP层合结构抗冲击载荷动态力学性能研究

为研究碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在冲击载荷下的力学响应,本文基于桥联模型,采用含应变率效应的动态本构方程以及屈服准则,对CFRP层合板进行了优化设计和动态压缩强度分析.利用相关文献中的层合板准静态及动态试验结果,对改进的桥联模型程序进行验证,结果吻合良好.在此基础上,对比分析了几种CFRP层合板铺层设计方案,优选并制备其中一铺层的层合板,实施了中等应变率的压缩试验,前期理论计算结果与试验结果有较好一致性.本文工作可用于抗高冲击载荷CFRP层合结构的优化设计及性能预测.     

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。     

复合材料层合板非线性稳定性分析的边界元法

应用边界元法对多向铺设的复合材料层合板结构进行非线性稳定性分析。在分析中计及了几何非线性和物理非线性的影响,导出了层合板在纵向轴压力作用下屈曲的控制方程,采用双重傅立叶级数建立了边界积分方程。通过对几种玻璃／环氧复合材料层合板铺层情况的计算得到临界力,并获得一些有意义的结论。     

层合易碎复合材料的设计与试验

提出一种新型易碎复合材料结构,单向连续纤维复合材料有纵向抗拉强度高而在横向易被撕裂的特点,把带有沿垂直纤维方向刻痕的单向板交错铺设制成层合板.研究了层合板在集中力作用下的力学行为及其在冲击载荷下的破坏形式,并采用有限元对其进行数值分析,有限元分析结果与实验结果吻合.     

复合材料层合板优化设计的样条有限元法

工程结构中复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质。如何研究随机参数层合板的灵敏度，并对参数进行优化分析，对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义。用样条有限元法，导出了层合板的振动方程，建立了求解反对称层合板响应灵敏度的计算公式。在基于灵敏度分析的基础上，进行了复合材料层合板的基频分析和优化设计，并用网格法计算出最佳铺层角，数值算例验证了该算法的有效性。     

基于BP神经网络CFRP约束混凝土抗压强度预测

为研究BP神经网络对CFRP约束混凝土抗压强度的预测能力以及神经网络模型的输出性能,在大量的实验数据基础上,建立了CFRP约束混凝土抗压强度的BP神经网络预测模型,探讨了不同数据组合对神经网络模型预测精度的影响;基于神经网络理论,将高精度BP神经网络模型生成了可方便应用的一般公式和简化公式,并与已有经验公式进行了对比分析.研究结果表明:BP神经网络能够很好地挖掘输入输出参数的数据信息,得到高精度的预测模型;相比于传统回归模型,用purelin代替sigmoid做传递函数推导得到的简化线性方程式仅增加了一项常数项,其预测值与试验值比值的平均值为1.011,变异系数为0.112,具有更高的预测精度和稳定性.     

基于BP网络的注塑成型模具硬态高速铣削力研究

用AlTiN 涂层硬质合金立铣刀对4Cr5MoSiV1钢注塑成型模具进行硬态高速铣削,研究切削加工参数对切削力的影响;通过多因素法进行正交试验,利用改进的BP神经网络建立切削力的神经网络模型并对工艺参数进行优化,将网络预测结果与现场加工实践数据进行对比.研究结果表明:人工神经网络能准确地预测铣削力,模型具有较强的泛化能力和自适应能力;在高转速、小切深、合适的进给速度以及微量切削液状态下铣削力较小,为优化模具硬态铣削的切削参数并对其实际生产应用提供了较好的依据.     

纤维增强复合材料螺旋弹簧刚度预测模型

建立了一种通用形式的复合材料螺旋弹簧刚度预测模型,提出一种无需限定网格和节点的复合材料螺旋弹簧有限元建模方法.基于复合材料层合板理论,推导了复合材料层合板等效剪切模量,并据此建立了纤维增强复合材料螺旋弹簧刚度预测模型,该模型能够适用于任意铺层角度的纤维分布.为了解决在有限元建模过程中复合材料螺旋弹簧单元方向设置的难题,提出建立复合材料弹簧有限元模型的新方法,可直接对铺层进行设计,避免了划分网格时单元坐标系与簧丝螺旋线方向难以协调的问题.刚度预测模型计算结果与文献实验结果的对比表明,所建立的预测模型具有更好的计算精度.针对复合材料类型和纤维铺层角度的不同组合形式,利用所建立的有限元分析模型和刚度预测模型进行了对比分析,结果表明两者之间的计算误差较小,有效性较好.