复合材料层板损伤失效分析

基于连续损伤理论,利用多标量损伤模型,考虑单层板失效前由微裂纹损伤所造成的刚度下降,将Hoffman准则作为复合材料单层板在复杂应力状态下的极限损伤条件,应用该准则对含圆孔复合材料层合板在单向拉伸载荷下的损伤破坏过程进行了数值分析,并与常规(无损伤)失效准则的结果进行了比较.计算表明:损伤引起单层刚度下降,使应力重新分布,加速应力向未损伤层和周围单元转移,从而使应力集中得到缓解,层板的单层破坏载荷明显提高,从而提高层板的极限载荷,提高程度受铺层方式的影响.可见,由损伤引起的刚度下降应在层板失效分析中加以考虑.     

帘线断裂时橡胶复合材料温度场数值模拟

以单向帘线增强橡胶复合材料为研究对象,采用有限单元法建立二维计算模型.在周期性载荷作用下,对帘线断裂和帘线脱粘滑移引起的橡胶复合材料滞后生热的瞬态温度场进行了数值模拟,并讨论了帘线脱粘滑移摩擦对滞后生热的影响.结果表明,随着帘线断裂数目的增加,温度升高明显;脱粘摩擦生热对温升影响较小;帘线断裂引起的局部应力集中导致的大...     

云纹法对钢丝帘线－橡胶复合材料力学性能测定的研究

帘线－橡胶复合材料力学性能的精确测定是轮胎有限元分析成功应用的关键。采用云纹技术直接测量应变来确定这些力学性能较为适宜。本文应用云纹法对不同体积分数的单层钢丝帘线－橡胶复合材料力学性能进行了测量研究，并与哈尔平－蔡等公式的理论计算值作了对比讨论。发现云纹法测得试验结果与帘线一橡胶复合层表面材料的力学性能有关。此外对试样没长不同长宽比也进行了对比，表明试样尺寸在本文中所取的长、宽比范围内对帘线－橡胶复合材料性能影响不大。     

基于简化Zinoviev力学模型的复合材料层压板失效分析

根据Zinoviev对复合材料单层板的力学行为分析,对单层板在横向载荷和剪切载荷作用下的力学模型进行了简化,并提出了形式简单的刚度折减公式.结合二维Hashin准则,采用增量法,编写了复合材料层压板强度预测程序.应用该程序对典型算例进行了强度预测,结果显示,简化后的模型能够在保证原模型计算精度的基础上,使计算过程更加简化,方便应用.
     

考虑双模量影响的复合材料销钉连接失效分析

摘要： 针对复合材料层压板销钉连接结构连接特性,提出一种考虑双模量影响的破坏载荷的数值模拟方法.考虑复合材料在拉伸和压缩应力状态下弹性模量的不同,根据材料所处应力条件选择适当的刚度矩阵,以三维Hashin准则作为单向复合材料层压板的失效判据,采用Camanho的刚度折减模型,将3组不同厚度和铺层的复合材料层压板破坏载荷的试验结果与考虑双模量影响和仅用拉伸模量的有限元模拟结果进行对比.结果表明,考虑双模量影响的有限元模型能够更加准确地预测最终层压板销钉连接结构的破坏载荷.     

L型碳纤维增强复合材料连接件承载力的渐进损伤分析

从试验与计算两个方面,对比研究了L型碳纤维增强复合材料连接件(carbon fiber reinforced composite connector,CFRCC)的失效形式和极限承载力.结果表明:①在拉伸载荷工况下,复合材料L型CFRCC失效形式主要为圆角处的分层和开孔周边基体破坏;②对比两种失效准则和两种退化准则的不...     

纤维增强复合材料的可靠性分析

本文采用Monte Carlo模拟估算在概率情况下单向纤维复合材料的可靠度(或失效概率)。通过碳纤维加强复合材料单层板算例表明,应力与铺设角的变动将使可靠度降低,最佳铺设角也随作用应力的变动而变化。     

尼龙66帘线扩张式封隔器胶筒复合界面力学性能

以尼龙66帘线扩张式封隔器胶筒为研究对象,对其进行单根帘线拔出试验,得到帘线与基体界面的临界破坏能;采用内聚力模型描述胶筒中帘线与橡胶基体界面的黏结状态,并建立尼龙66帘线与橡胶基体复合界面的脱黏失效准则;分析不同压力和井温环境下尼龙66帘线封隔器胶筒复合界面力学及工作性能。结果表明：胶筒中填充尼龙帘线能有效保护胶筒基体,避免橡胶基体发生剪切撕裂破坏;压裂泵压为80 MPa时下胶筒复合界面的破坏能大于临界破坏能,帘线与基体发生界面脱黏失效;在井温达到175℃时胶筒基体未发生剪切撕裂破坏,且胶筒复合界面胶接良好,尼龙66帘线扩张式封隔器胶筒能在较高井温环境下工作。     

含孔复合材料厚板渐进失效分析

基于厚板理论和材料的参数退化准则,以三维HASHIN准则作为失效判据,研究了一种考虑Z向应力复合材料层压板结构的渐进失效计算方法,发展了复合材料中厚尺度含孔层压板渐进失效模型。使用ABAQUS软件的用户材料子程序UMAT,编写材料属性程序,建立含孔复合材料厚板的渐进失效分析模型,较好地预测了复合材料层压板的损伤扩展过程,并预测的极限强度与复合材料层压板开孔拉伸标准试验的试验数据吻合较好,验证了该模型在预测复合材料层压板极限强度上的有效性,该模型在对网格划分的简化极大地提高了计算效率。     

对智能复合材料单向疲劳失效的研究

对智能复合材料在经受单向拉－拉试验产生的光纤疲劳失效性能进行了研究，对智能复合材料内的光纤方位角分别为０°，４５°，９０°进行了应力－寿命试验，在输入应变能量的基础上提出了疲劳失效准则，这一准则可用于光纤方位角的调整和应力比的分析。     

基于Hashin失效准则的复合材料螺栓连接损伤破坏研究

本文介绍了复合材料螺栓连接二维模型的损伤破坏分析方法,Hashin失效准则和刚度降方法,考虑接触关系,剪切非线性和材料刚度降低,针对Hashin失效准则编制相应的损伤程序,然后采用有限元软件ABAQUS对复合材料层合板螺栓连接件强度进行数值计算。研究结果表明,利用损伤子程序可以较好的预测层合板的破坏载荷以及损伤初始发生的铺层及其扩展方向,损伤的发生和扩展只与铺层角有关,而与铺层顺序、铺层的厚度无关,剪切非线性分析更加合理,考虑非线性影响时,失效准则中包括剪切应力项,损伤产生较早。     

聚酰胺6帘线/天然橡胶复合材料中纤维体积含量对拉伸性能的影响

纤维体积含量是决定纤维增强复合材料各项力学性能的一个重要的参数。本文通过理论分析和实验.就纤维体积含量与聚酰胺6(锦纶)帘线/天然橡胶复合材料的拉伸强度、拉伸模量的关系进行了研究.得到了纤维体积含量的理论下界极限和上界极限以及许用的上界极限。实验结果提供了有关参数和影响因素,这将对聚酰胺6帘线/天然橡胶复合材料的细观力学设计提供依据。     

聚酰胺/橡胶复合材料纤维含量对拉伸性能的影响

纤维体积含量是决定纤维增强复合材料各项力学性能的一个重要参数.本文通过理论分析和实验,就纤维体积含量与聚酰胺6(锦纶)帘线/天然橡胶复合材料的拉伸强度、拉伸模量的关系进行了研究,得到了纤维体积含量的理论下界极限和上界极限以及许用的上界极限.实验结果提供了有关参数和影响因素,这将对聚酰胺6帘线/天然橡胶复合材料的细观力学设计提供依据.     

界面损伤对正交叠层板最终拉伸强度的影响

基于现有应力集中分析结果及随机扩大临界核统计理论,对正交(混杂)叠层复合材料中由于90°层的基体开裂、层间界面破坏、0°层中部分纤维断裂及纤维/基体界面损伤相互作用的最终拉伸破坏过程进行统计分析.计算结果为现有的实验所证实.计算结果表明,正交叠层板的最终拉伸强度与界面剪切强度有关,适宜的界面黏结,相应的强度最高.本研究可对此类复合材料的最终拉伸强度作出合理的预报,并为复合材料叠层板的优化设计提供理论依据.     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.     

纤维缠绕复合材料气瓶研究进展

纤维缠绕复合材料气瓶具有高比强度和比模量、抗疲劳、抗腐蚀等优点,已经成为研究的焦点.文中分析了纤维缠绕复合材料气瓶在国内外的研究进展,并进行了归纳总结,主要内容包括:纤维缠绕复合材料气瓶的国内外标准、制造过程中应考虑的主要因素、失效准则、失效模式以及优化设计.通过对比发现,Tsai-Wu失效准则预测的失效压力与实验值最接近.提出了一些预防复合材料气瓶失效的措施,对气瓶的安全使用有一定的借鉴作用.最后指出了未来研究的重点.     

原位观察铜网格增强Al/Cu复合材料的断裂行为

将一种按正交法编织的铜网格作为增强体引入到铝基体中制备了Al/Cu复合材料,再借助原位拉伸扫描电镜(SEM),观察了铝铜复合材料的组织演变,研究了其断裂机理与力学性能之间的关系.结果表明:在相同轧制变形量下,25 ℃冷轧和400 ℃热轧均可破碎增强体铜网格,并使其均匀分布于基体铝板.复合板原位拉伸下的载荷-位移曲线均表现出明显的弹性阶段、塑性阶段和失效阶段,微裂纹在Cu颗粒周围和应力集中处萌生,主裂纹及其扩展主要是Cu颗粒周围界面分层开裂与微裂纹沿滑移线方向的扩展共同作用下形成的,并且最终沿滑移线的断裂路径与单轴拉伸方向呈45°.发生在Al层的塑性断裂和Al/Cu结合界面上的界面分层断裂是Al/Cu复合板两种主要的失效方式.     

含孔型缺口的纤维金属层板剩余强度

纤维金属层板(fiber metal laminates,FMLs)作为混合层板家族中一员,由铝合金层和预浸料层交替铺设而成.相比于铝合金板,含缺口的纤维金属层板强度下降更为明显.为研究含孔型缺口的纤维金属层板的剩余强度,测试了光滑试样的静力拉伸性能和缺口试样的剩余强度.分析了铺层结构对剩余强度的影响,引入应力失效模型预测了纤维金属层板含孔型缺口的剩余强度,讨论了含缺口纤维金属层板的失效模式、损伤萌生和扩展过程.结果显示:带孔GLARE3层板的强度下降约为40%,铺层增加后缺口敏感性下降,特征长度增加,约在90%的剩余强度时缺口处有损伤发生.