复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

考虑层间应力的复合材料层压板静强度分析

构建了由刚性元、弹簧元和二维板元构成的准三维有限元模型,发展了一种考虑层间应力的、多向层压板静强度分析方法,包括应力分析、失效分析及材料性能退化三个主要部分,能够模拟面内和层间损伤产生、发展直至层压板整体破坏的完整过程,并得到强度值.对两种复合材料层压板进行了实际计算,静强度预测结果与试验结果吻合较好,同时预测并给出了损伤的分布及其在不同载荷下的演变过程.     

考虑胶接层效应的对称正交层压板的层间应力

本文研究了对称铺层的正交层压板在单向拉伸情况下的层间应力问题,文中采用纤维层之间存在胶接层的力学模型,纤维层简化为横观各向同性体,胶接层则为各向同性体。对各个单层按三维弹性理论建立其基本方程式及相应的边界条件,用分离变量法得到以 Fourier 函数和双曲函数两个无穷级数表达的位移和应力解,并对[0°/90°/90°/0°]铺层的层压板进行了实例计算,精确地确定了胶接层中的法向正应力和剪应力分布规律,比林毅在[1]中假定胶接层只承受沿厚度均布的横向剪应力有了改进。计算结果表明胶接层中的剪应力与正应力沿厚度方向在第二层中达最大值,层间应力在第二层与第三层的交界面上为最大,而沿宽度方向仍有明显的自由边缘效应,这与过去已有的结果是一致的。另外,文中还分析了胶接层厚度对层间应力的影响。     

基于遗传算法的复合材料层压板固有频率的铺层角优化设计

本文采用遗传算法，对给定层数的复合材料层压板在满足有固有频率的要求下进行铺层角的优化设计．通过对二十层对称层压板的优化计算可以得到：采用本文所述方法．不仅可以成功地解决结构优化中的离散问题，而且具有较高的计算效率．本文所提出的方法不仅简单易行，而且容易推广应用到更复杂的结构优化问题。     

含表面缺口复合材料层压板起裂的研究

本文根据广义剪滞理论，利用最小势能原理计算了含表面缺口复合材料层压板各点的应力状态．在此基础上、根据Ｔｓａｉ—Ｈｉｌｌ淮则预测了表面缺口起裂的载荷值，并讨论了该值与表面缺口的宽度、缺口前缘板层的铺设方向、缺口形式之间的关系．结论是有意义的．并为复合材料层压板的设计和使用提供了有效的理论依据．     

面内载荷作用下复合材料对称层合板孔边层间应力分析

本文以“边民层理论”讨论了含有圆孔的对称层合板在面内载荷作用下孔边的层 间应力计算问题。推导了“完整的”边界层方程．得到了解析形式的解答。这些方程 补充和完善了Ｓ．Ｔａｎｇ所得的方程［９］。本文以［９０／０］ｓ，［０／９０］ｓ，［－４５／４５］ｓ 及［４５／－４５］ｓ。四种层合板为例进行了数值计算。最后，对层间应力的某些性质以及 层板铺层顺序对层间应力的影响作了分析和讨论，给出了一些对设计者有益的结论。     

预测纤维增强复合材料层压板固有频率振型及模态阻尼的有限元算法

本文提供了预测纤维增强复合材料层压板固有频率、振型及模态阻尼的理论计算方法.此方法是综合了有限无法和阻尼单元模型,并考虑了横向剪应变和转动惯量的影响。本文给出了对称铺层石墨纤维及玻璃纤维复合材料层压板的理论计算结果、并给出实验数据进行对比,本文还提出一种预测复合材料层压板固有频率和阻尼的简易方法。     

夹层板结构层间应力数值分析

夹层板由两块高强度表层板和较软的中间夹心层组成,表层剪切刚度大,夹层剪切刚度小．这些特点将会给夹层板层间应力分析增加难度．为此推导了角铺设1,2—3高阶剪切变形理论,这一理论满足层间位移、应力连续条件和自由表面条件,并且未知量个数独立于夹层板的层数．基于此理论建立了满足C^1连续条件的三节点三角形单元并用于夹层板结构层间应力分析．计算结果表明：根据推导的三角形单元,由求得的应变可以精确计算层问横向剪切应力和面内应力,进一步地,采用平衡方程后处理方法可以准确地计算层间法向应力．     

层压板单搭接胶接结构损伤失效行为表征分析

为指导层压板胶接结构设计,提高层压板胶接结构的稳定性,基于ABAQUS软件及其用户自定义场变量子程序(USDFLD)和内聚力单元,建立了同时考虑层压板与胶层损伤与失效的层压板单搭接胶接结构的数值分析模型,模型预报结果与试验结果基本吻合.基于该模型对层压板单搭接胶接结构进行应力分析与承载能力影响因素分析,结果表明:胶接结...     

广义剪滞理论及其付里叶级数计算

本文提出了含有表面或穿透缺口复合材料层压板缺口附近应力分析的广义剪滞理论方法，导出了计算应力所需的基本方程和边界条件，并对方程进行了付里叶变换，使之转化为微分方程组的特征值问题。通过算例表明，本文提出的方法可以有效地计算缺口附近的应力。     

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。     

复合材料扁壳的层间应力分析

给出了复合材料层合板壳变曲变形的高阶位移模式,利用连续条件,导出了层间应力修正公式,并推导了相应的有限元方程,算例计算了多种铺设方式和多种材料组合的剪应力分布,分析了壳体曲率对层间应力的影响,结果表明,纤维铺设方向和不同材料组合对层间应力沿厚度的分布有较大影响,曲率的变化对层间应力的大小有一定影响,而对应力沿厚度的分布影响较小。     

层合板局部层间应力的一种有效解法

用三维各向异性有限元程序求解多层层合板层间应力是与复合材料层合结构的强度紧密相关的。利用结构的整体与局部的概念,对重点研究的区域作为局部区域按每一层不同的材料铺层划分单元。在远离求解区域的地方,用“等效模量”的概念将不同的材料层用等效的方法进行单元网格划分,这样就克服了层合板层数过多而引起的计算量太大的问题。     

层合复合材料自由角附近的层间应力场--一个半解析解

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题.对文中给出的[90°/0°]s.对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,解析解所得结果与用三维有限元计算的结果符合得较好.还就应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

基于准三维有限元模型的复合材料层合板强度预测

构建能够求解三维应力的准三维有限元模型,进行基于渐进损伤的复合材料层合板强度预测。此方法能够合理地反映铺层次序和层间应力对最终失效强度的影响,形象地展现面内损伤以及层间损伤的产生及其扩展过程。用此方法模拟了多种铺层的无缺口层合板和带孔层合板在面内拉伸载荷作用下的损伤过程,并进行强度预测。计算结果表明,拉伸强度的预测值和实测值吻合较好。     

层合复合材料自由角附近层间应力场的数值分析

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题,提出了一种三维有限差分法方案计算层合复合材料在变温下的自由角附近的应力场。对文中给出的[90°/0°]s对称铺层和Ni/Al层合复合材料及两个算例,有限差分方案的结果以前所提供的半解析解结果更接近三维有限元计算结果。同时对纤维任意铺设的碳纤维增强塑料的算例进行了计算,发现有限差分方案的结果也和三维有限元计算结果符合的很好。这种有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的。文中还就所计算的例子的应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素。     

Si/Mo结构烧结应力随烧结温度的变化

提出了一种新的低温烧结硅/钼结构的方法.根据热弹性理论和复合材料层间应力理论,分析了不同烧结温度下硅/钼结构的层间应力情况,并采用红外光弹系统测量了硅片中的应力分布.实验结果表明,硅片中的应力分布随烧结温度的不同而不同,应力随烧结温度的降低而减小.将实验结果与理论结果进行比较,发现两者吻合较好,从而验证了理论分析的正确性.     

复合材料层合结构的热和力学分析

针对复合材料层合结构的热和力学分析提出了一种多层相对自由度壳元。整个分析过程可以在同一套有限元网格下实现。该单元基于三维有限元提出,易于与三维实体单元连接。采用了一种应力后处理方法以准确计算复合材料旋转壳体中的横向应力。两个数值算例说明了程序的可靠性。分析了受热载荷作用的带开孔和补强的复合材料圆柱壳,结果显示当补强层与面板的热膨胀系数相差过大时,孔边会存在较大的层间应力,可能会导致分层破坏。     

各向同性双材料层间断裂的新研究方法

介绍了一种新研究方法 ,解决了各向同性双材料的层间断裂问题 ,该方法易于理解掌握 ,并推导出了界面裂纹的应力场和应力强度因子的理论表达式 ,并且这些公式都以显式给出 ,与传统公式相比 ,容易掌握 ,便于使用。这些公式在工程应用中具有较大的使用价值。     

防火涂料和钢板间之间的层间应力

为了预测钢构件上防火涂料在外荷载作用下的破损,使用层间应力理论对拉伸和弯曲作用下防火涂料和刚板件之间的层间正应力进行了分析,对有限元分析层间正应力结果进行了验证.通过有限元分析,得到了弯曲和弯剪作用下层间正应力分布的规律,结果表明:不论弯曲或弯剪,防火涂料与钢板件间端部层间正应力的最大值只与防火涂料端部钢板件上的弯矩有关.进而采用层间引力理论对弯剪作用下最大粘结正应力进行了计算,并提出了一个简化计算公式.