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。     

缝纫工艺对缝纫复合材料弯曲性能的影响

采用不同的缝纫方式、缝纫密度、缝纫线种类、缝纫线线密度对Kevlar纤维毡进行缝纫,制成预制件,经过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)方式对缝纫预制件固化成型.测试结果表明,随着缝纫密度增大,缝纫复合材料的弯曲性能单调降低;在缝纫密度相同的情况下,缝纫的行距比针距对弯曲性能的影响大;缝纫线的直径越大,缝纫后复合材料的弯曲性能下降幅度越大;而缝纫线种类对弯曲性能影响不大.     

高温环境对含孔复合材料层合板屈曲性能的影响

为了研究高温环境下含有不同直径大小的孔的碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能与室温环境下的屈曲性能之间的差异,首先对纵向压缩载荷作用下碳纤维增强复合材料层合板的临界屈曲载荷的计算理论进行了分析并选定了用于衡量屈曲性能的指标——最小正特征值;随后,在商业化有限元软件ABAQUS中建立了一系列含有不同孔径大小的碳纤维增强复合材料层合板的有限元模型,并通过改变材料的性能参数来模拟碳纤维增强复合材料层合板所处的温度环境.ABAQUS软件的屈曲分析结果表明:高温环境会使得碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能有所下降,且随着孔径的增大,碳纤维增强复合材料层合板的屈曲性能降低得越快.     

缝纫复合材料层合板面内性能的分析模型

提出了一种分析缝纫复合材料层合板面内力学性能的模型即纤维弯曲模型（FBM）。认为在缝纫孔周围纤维的弯曲变形是影响缝纫复合材料层合板面内力学性能的主要原因。从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手，最终得到层合板面内的弹性应力应变关系。以缝纫复合材料层合板[0/45/0/-45/90/45/0/-45]2S为例，计算了缝纫复合材料层合板面内拉伸强度。计算结果表明，理论预测与实验结果吻合良好，证实了该模型的正确性。     

复合材料对称层合板的强度预测

基于层合板五层等效约束模型(Equivalent Constraint Model,ECM),建立了基体开裂下的层合板残余强度的分析方法.基体开裂导致层合板内部应力重分配,使得主受力层(0°层)应力或应变条件恶化.认为0°层控制层合板的最终失效破坏:当0°层失效时,整个层合板发生失效破坏.对不同材料体系和铺层结构的复合材料对称层合板的强度进行了预测.计算结果表明:这种强度准则的预测值与实验结果吻合较好.     

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。     

孔口缝合补强复合材料层合板的刚度退化及失效分析

本文通过对含孔复合材料层合板进行分析,提出一种有限元模型,并通过对材料进行轴向拉伸加载,通过考虑一种刚度退化理论,对复合材料的孔边强度失效进行分析研究。研究了未缝合的情况下的加上Hashin准则下的失效破坏分析,以及位层合板位移随载荷的变化情况。结果表明,在未缝合的情况下对材料进行加载,复合材料的孔边单元首先发生破坏,并随着载荷的加大不断扩展,最终导致材料完全失效。层合板的位移随载荷呈非线性变化。     

含孔复合材料层合板拉伸失效分析

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。     

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。     

用有限元法研究复合材料层合板的热屈曲特性

用有限元法对复合材料层合板的热屈特性进行了分析研究.通过对几个算例的分析比较,表明本文的方法是精确的.给出了层合板屈曲的数值结果,并讨论了铺层方向、铺层数量、板的长宽比、温度分布等因素对复合材料层合板热屈曲特性的影响,由此得出了一些有用的结论.     

缝线在复合材料单搭接头中的作用

应用数字图像相关（digital image correlation,DIC）技术测量了拉伸栽荷下复合材料单搭接头中缝线附近区域的应变场分布,从而了解缝线破坏复合材料细观结构所带来的负面影响．同时,应用有限元方法计算了缝线对于粘接界面裂纹尖端的应变能释放率（strain energy release rate,SERR）的影响,从而阐明了缝线对于延缓粘接界面裂纹扩展所起的作用．     

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。     

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。     

三维机织物增强复合材料板材的研制

以玻璃纤维为原料,试织了4种结构的三维机织物,并采用手糊成型工艺制成三维机织物增强的复合材料板材,测试并分析了4种复合材料板材的拉伸性能和层间剪切性能.研究表明:织物的结构对拉伸力学性能的影响主要是织物内部纱线的屈曲程度和垂纱的贡献,对层间剪切性能的影响主要取决于垂纱参与层间连接的程度.     

三维纺织复合材料缝合机械手系统——末端机构的设计与理论分析

为了缝合三维纺织复合材料预型件,提出了在机械手末段安装单边缝合机构来组成缝合系统的加工方法.利用曲柄滑块机构、凸轮机构和四杆机构设计了单边缝合机构.介绍了它的工作原理和设计方法.利用复数矢量法进行了运动学分析.分析结果表明,该缝合机构满足设计要求.     

考虑劈裂对应力集中缓解作用的纤维增强复合材料损伤破坏分析

外载荷作用下含缺口纤维增强复合材料层合板在缺口边缘存在很高的应力集中,在载荷水平较低时,缺口边缘纤维间基体受剪切作用会发生沿纤维方向的纵向劈裂,该纵向劈裂会降低缺口处的应力集中并提高层合板的承载能力。为准确模拟纵向劈裂对缺口边缘应力集中的缓解作用,利用扩展有限元方法模拟劈裂建立了复合材料层合板渐进性损伤破坏分析的仿真模型,模型选用Hashin破坏准则对复合材料层合板的失效进行预测,分别研究了铺层顺序和缺口形状对复合材料层合板抗拉强度的影响,并与现有文献中的实验结果进行了对比,模拟结果表明破坏模式和破坏强度均与实验结果相吻合,验证了本文渐进性损伤破坏分析仿真模型的有效性。