破片侵彻含内衬碳纤维复合材料圆筒损伤机理

为研究含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的损伤机理,基于LS-DYNA有限元仿真软件,采用Chang-Chang损伤准则和Cohesive界面单元,建立了考虑分层损伤的含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的数值仿真模型。通过仿真计算破片对碳纤维复合材料圆筒的动态侵彻过程,得到了碳纤维层和金属内衬层的应力云图和损伤结果,研究了含内衬复合材料圆筒在破片侵彻作用下的损伤机理、吸能特性和破片初始速度对复合材料圆筒损伤模式的影响。研究结果表明：含内衬复合材料圆筒的损伤状态包括纤维断裂、层间分层、内衬凹陷、内衬破孔和复合材料层与内衬层分离。当破片速度为300 mm/s时,复合材料层的层间分层损伤程度处于较低状态,内衬层凹陷程度最大并形成破孔,复合材料层和内衬层的分离程度最大,内衬层的吸能比达到最大;当破片速度小于300 mm/s时,破片未完全穿透圆筒,复合材料层和内衬层的损伤程度较低,复合材料吸能比大于内衬层吸能比;当破片速度大于300 mm/s时,复合材料层的损伤模式为剪切冲塞,层间分层面积逐渐增大,内衬层凹陷程度逐渐降低,分离程度逐渐降低,内衬层吸能比降低并稳定在0.53左右。     

利用SMA拟弹性增强复合材料梁抗低速冲击性能

以形状记忆合金SMA纤维增强复合材料梁为研究对象,根据SMA拟弹性曲线的特性,确立了一种SMA拟弹性应力应变关系的分段线性化模型;根据SMA的能量吸收特性,采用分步能量平衡法,求解了SMA增强复合材料梁受低速冲击时的横向位移和应力;分析了SMA的拟弹性特性对复合材料梁的低速冲击响应性能的影响.研究结果显示,SMA的能量吸收特性能有效地增强复合材料梁抗低速冲击响应性能,梁的最大位移和最大应力都有明显减小.     

横载下纳米增强陶瓷基复合材料界面损伤分析

以规则排列的单向纳米纤维增强陶瓷基复合材料特征体积单元为研究对象,利用ANSYS建立含界面损伤内聚力模型.运用非线性损伤力学理论分析横载作用下复合材料的界面损伤演化规律和应力-位移分布特点,分别讨论最大法向接触拉伸应力和裂纹最大张开位移对界面损伤过程的影响.结果表明:ANSYS软件中的CZM接触单元能够很好地模拟界面损伤演化,横载作用下界面对应力分布状态的影响不容忽视,且界面损伤主要由接触面的法向拉伸应力和裂纹最大张开位移控制.     

温度对碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响

通过束纤维抽拔方法,获得了在不同温度条件下碳纤维/环氧树脂复合材料的载荷-位移曲线.结果表明:随着温度的升高,碳纤维/环氧树脂复合材料抽拔破坏最大载荷值逐渐降低,界面黏结强度降低;碳纤维束拔出位移先增大后减小,在环氧树脂玻璃化转变温度处达到最大值;用扫描电子显微镜观察抽拔后碳纤维束表面发现,随着温度的升高,复合材料的失效模式由界面脱黏转变为基体破坏.     

SMA增强复合材料梁的低速冲击响应分析

以形状记忆合金纤维增强复合材料梁为研究对象，应用有限元法对其低速冲击响应进行了分析。采用Newmark直接积分法求解有限元动力方程，并考虑了形状记忆合金对刚度矩阵的影响；同时，利用Hertzian接触定律确定冲击接触力；分析结果表明形状记忆合金能有效地改善复合材料梁的低速冲击响应能力，它的最大位移与最大压应力都有明显减少。     

低载强化对圆柱齿轮残余应力影响的试验研究

以经过表面工艺处理的高强度齿轮单齿弯曲为例,试验研究了疲劳极限以下小载荷强化和疲劳损伤载荷对齿根残余应力的影响.结果表明,经过强化小载荷对反复锻炼后,单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到强化和提高;小载荷的反复锻炼不会影响和破坏齿根表面的残余应力;疲劳极限附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期对齿根的残余应力没有显著影响;屈服强度附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期,齿根的残余应力明显衰减.     

考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

以缺口附近疲劳损伤影响区的场强为损伤参量,结合Manson-Coffin方程提出一种多轴比例加载下缺口件疲劳寿命预估方法.首先,借助坐标变换矩阵定义应变能密度最大的平面为临界面,克服了传统能量法作为标量难以描述裂纹萌生和扩展方向的不足.其次,利用有限元软件分析临界面上等效应力分布规律,拟合距离危险点5 mm内等效应力分布函数,通过求相对应力梯度函数的驻点确定疲劳损伤影响区的大小,以疲劳损伤影响区的场强作为疲劳损伤参量对Q345钢多轴缺口件进行寿命预估.最后,将利用该方法、局部应力应变法的预估寿命与试验寿命进行对比,结果表明:两种方法预估寿命的误差都在2倍因子以内,但由于该方法考虑了应力梯度效应,预估精度要优于局部应力应变法.     

温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响

利用带有温度控制装置的分离式霍普金森杆(SHPB)测试碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的冲击压缩性能,分析温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料压缩性能的影响.结果表明:温度和应变率对碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料的面外冲击压缩模量、最大应力及破坏形态都有很大影响.随着温度的增加,纤维与树脂界面变弱,最大应力减小,压缩模量减小;随着应变率的增加,最大应力增加,压缩模量变大.通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,纤维与树脂界面在100℃时发生变化,有大量纤维束从经、纬纱中被拉出,导致纤维束无规则断裂.     

T800碳纤维复合材料低速冲击渐进损伤仿真与试验研究

利用有限元软件ABAQUS建立冲击渐进损伤模型,对国产T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的低速冲击损伤进行了数值模拟;同时对复合材料进行低速冲击试验,通过分析不同冲击能量与凹坑深度和损伤形貌的关系研究了层合板的冲击损伤特性.结果表明:在模拟仿真过程中,复合材料冲击时的应力分布像花生状的椭圆形,同时基体的拉伸和压缩损伤大于纤维的拉伸和压缩损伤.在试验中随着冲击能量增大,凹坑深度在35 J左右出现拐点,拐点之前凹坑深度增加缓慢,冲击表面主要是无损伤和几乎不可见的冲击损伤,内部损伤形貌近似圆形;拐点后凹坑深度急剧增加,试样内部损伤形貌逐渐趋于椭圆形,并沿45°铺层方向呈锥形扩展;在65 J时达到穿透性损伤.模拟得到的凹坑深度与试验结果吻合较好,为分析T 800碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板受低速冲击后的损伤演化和规律提供了一种有效的方法.     

CFRP筋粘结型锚具的疲劳损伤模型

通过两种碳纤维复合材料CFRP筋锚固系统在不同疲劳应力比加载条件下的恒幅疲劳试验,借助背面应变片技术,研究了不同疲劳应力比对CFRP筋粘结型锚具疲劳响应的影响;基于Goodman方程,建立了恒幅疲劳荷载下粘结型锚具的疲劳损伤预测模型;通过试验数据与数值模型相结合的分析手段,探究了疲劳应力比对粘结型锚固系统疲劳响应的影响.结果表明:该疲劳损伤模型预测的结果与试验观察数据吻合良好;粘结型锚固系统在疲劳过程中的背面应变变化状态能较好地反映锚固系统内部的疲劳损伤状况,证明背面应变片技术适用于该粘结型锚固系统,且采用基于背面应变的疲劳损伤模型能够很好地模拟应力比对粘结型锚具疲劳响应的影响.     

横向滑坡载荷作用下埋地PE管道的损伤数值模拟

埋地燃气输送管道服役环境复杂,其中滑坡地质灾害严重威胁管道的服役安全。本文以埋地聚乙烯(PE)管道为研究对象,利用ABAQUS有限元软件模拟了横向滑坡载荷作用下的管道损伤行为,探讨了滑坡参数(滑坡体位移量)、管道埋深以及内压对PE管力学性能的影响。研究结果表明:滑坡作用下埋地PE管最大偏移、最大Mises应力和最大主应变均位于管轴向横截对称面上。管道最大Mises应力随滑坡位移量的增大而增大,管底为管道最终屈服点,屈服主要原因为管横截面被压扁变形。管道未屈服时,最大Mises应力随内压的增大呈现先减小后增大的现象,最大主应变随内压的增大而增大。最大Mises应力和最大主应变均随埋深的增大而增大。     

CFRP超高周三点弯曲疲劳热效应特性实验与数值模拟

针对复合材料超高周三点弯曲疲劳的温升问题,利用商用软件ABAQUS对实验过程中的热效应进行建模与数值模拟研究,得出了疲劳载荷作用下CFRP试样的主体产热阶段与位置,并根据冷却方案设定的基本原则,利用复合冷却方式开展了连续载荷作用下的超声疲劳试验,研究结果表明:CFRP不存在传统的疲劳极限.随着应力水平的改变,CFRP超...     

梯度锚固预应力NSM CFRP加固 RC梁静力及疲劳性能研究

针对表层嵌贴预应力CFRP加固梁因黏结端部应力集中导致混凝土保护层易剥离破坏的问题,提出了在CFRP端部设置梯度预应力的构造措施,并通过构件试验系统研究了梯度锚固预应力CFRP加固梁的静载和疲劳性能.试验结果表明:在静力荷载作用下,梯度锚固预应力CFRP加固梁极限荷载较普通表层嵌贴预应力CFRP加固梁最大提高35.06％,破坏模式由端部保护层剥离破坏转变为保护层剥离与CFRP断裂复合破坏,梯度锚固预应力CFRP加固显著提高了RC梁的静载性能,且有明显的黏结应力峰值传递现象;疲劳荷载下梯度锚固预应力加固梁的疲劳寿命也较普通嵌贴加固梁显著提高,且疲劳破坏模式由端部保护层剥离转变为纵向受拉钢筋疲劳断裂;梯度锚固预应力构造显著增强了加固梁抵抗剥离破坏发生的能力,提高了加固梁疲劳性能.     

钢栈道施工全过程抗风稳定性分析

为研究钢栈道施工全过程的抗风稳定性问题,通过以黄河大桥施工栈道施工全过程为背景,采用有限元模拟方法对此进行了分析研究。结果表明：在横桥方向风荷载作用下,（1）钢管桩打入地基,在钢管桩之间焊接剪力撑后,其位移绝对值最大值为43.7 mm,其最大米塞斯应力为43.6 MPa;（2）钢管桩顶部焊接桩顶梁后,位移绝对值最大值为46.8 mm,其最大米塞斯应力为45.9 MPa;（3）桩顶梁上架设贝雷梁,铺设桥面板后,位移绝对值最大值为0.76 mm,其最大米塞斯应力为19.6 MPa。可见在横桥向风荷载作用下,从位移和应力角度来分析,钢管桩顶部焊接桩顶梁后为最不利情况。     

形状记忆合金弹簧变形速度的研究

形状记忆合金 (SMA)弹簧具有形状记忆功能 ,电热驱动时的相变过程中有回复力输出。这种弹簧的回复变形速度先随回复位移的增加而逐渐增加 ,当回复位移接近中间位置时速度达到最大值 ,并在一段位移内保持最大速度不变。此后 ,随回复位移的增加而减小 ,达到记忆长度时速度为零。通过控制电流可控制SMA弹簧的回复变形速度 ,但不能选择过高或过低的电流 ,否则会破坏其记忆功能。在使用SMA弹簧时应选择合适的载荷和拉伸变形长度 ,过大的载荷不仅使其回复变形速度变得很慢 ,而且还会使弹簧产生不完全回复变形 ,从而降低SMA弹簧的循环工作寿命。过大的拉伸变形长度 ,同样也会降低其循环工作寿命。     

碳纤维复合材料座钣承载性能试验研究与仿真

通过射击试验对碳纤维复合材料（CFRP）座钣的承载性能进行了研究,采用ABAQUS建立了CFRP座钣-土壤耦合有限元模型,分析了装药量和射角对CFRP座钣力学响应的影响.仿真和试验结果具有良好的一致性,验证了该有限元模型的合理性.综合分析表明:CFRP座钣的强度、刚度基本满足使用要求;当射角相同时,CFRP座钣的最大应力值和最大位移值随着装药量的增加而增加;当装药量相同时,CFRP座钣的最大应力值和最大位移值随着射角的增加而减小.      

缺口对GH33A合金在复杂应力条件下力学行为的影响——高温合金力学冶金(11)

本文研究了缺口对GH33A合金在高温低周疲劳及劳疲/蠕变交互作用下的力学行为。结果表明:缺口使GH33A合金低周疲劳寿命缩短,其缩短的程度随缺口尖锐程度的增加而加剧。低周疲劳高应力时,保载时间的作用引入了蠕变分量,促使低周疲劳寿命Nf降低。在低周疲劳固定最大应力,改变最小应力而造成蠕变/疲劳交互作用情况下,其断裂寿命在一定条件下具有最大值,断裂机制可由纯疲劳断裂逐步转化为纯蠕变断裂,其程度主要决定于蠕变应力(或疲劳应力)分量所占比例的大小。     

Fatigue Life Prediction of the Metro Bolster Beam under Complex Operating Conditions

Sixteen operating conditions were determined by the standards JIS-7105 and JIS-7106. The strength under complex operating conditions was calculated with HyperWorks and the strength analysis confirmed eight dangerous points of the metro bolster beam. Since the metro did not consider the impact of traffic lights and sudden road conditions, the load spectra at eight dangerous points were established by counting the running time,passenger flow,site layout,site quantity and turning situations. The fatigue life of the metro bolster beam was projected by the von Mises stress method and the critical plane method. The results of these two methods revealed that the maximum damage occurred at the dangerous point 7,and the fatigue life based on the critical plane method was shorter than that based on the von Mises stress method.Since the McDiarmid model considered the effect of the magnitude and direction of the normal stress and the amplitude of the shear stress,it is closer to the actual situations of the metro. Hence,the McDiarmid model based on the critical plane method is more reasonable,and the method of fatigue life prediction is also suitable to the metro bolster beam of other lines.     

采动下沉盆地压缩区斜交框架桥受力性能

为揭示采动区下沉盆地压缩区土压力对正交框架桥和斜交框架桥的受力性能的影响,采用ANSYS进行建模,研究了不同土压力工况下正交框架桥和斜交框架桥的位移及力学响应.结果表明:正交框架桥和斜交框架桥在土压力作用下,水平向位移最大值在框架桥侧墙中部区域,竖向位移最大值在框架桥顶板中间区域,最大米塞斯应力值在框架桥侧墙和底板交界处区域;当土压力从静止土压力增大到极限被动土压力过程中,以上参数极值绝对值出现的区域不变,数值不断增大;当土压力工况相同时,斜交框架桥位移和应力极值绝对值稍大于正交框架桥.     

16MnR钢裂纹体空穴扩张的有限元分析

本文采用弹塑性有限元方法,对16MnR钢的三点弯曲试件进行了应力应变分析,发现空穴扩张比V_G在裂尖前方存在一极大值,且V_G值随COD单调增加,文中指出,对高韧性材料,当裂尖前方V_G～y曲线的极大值达到某一临界值时,可作为主裂纹向前扩展的判据.