基于接触算法的复合材料层板脱层损伤分析

针对长纤维增强树脂基复合材料层合板的脱层损伤破坏,提出了基于接触算法的脱层预测模型.在潜在产生脱层区域模拟为粘结接触,并将脱层模型作为界面的接触行为,引入一个损伤变量来表征在达到宏观裂纹之前的微裂纹和微缺陷区域面积,从而获得产生损伤时界面的有效刚度.通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义了损伤发展过程中的损伤面,分析了脱层产生和扩展的整个过程.并将该模型通过ABAQUS/Explicit的用户子程序VUINTER实现.对控制双悬臂梁张开位移率方式下裂纹扩展的数值仿真结果与实验结果进行了比较,取得了满意的结果,验证了该模型的正确性.     

基于稳定性的复合材料层合板铺层顺序优化

应用数学规划法对复合材料层合板的铺层顺序进行优化设计,以提高层合板结构的稳定性,并通过刚度等效的思想,结合铺层顺序代理模型实现优化目的.利用单层正交各向异性板的弹性模量、泊松比、剪切模量等属性模拟不同铺层顺序的层合板刚度,在此基础上,提出铺层顺序代理模型,并推导铺层顺序代理模型与刚度等效模型间的数学关系,将对离散的铺层顺序变量的优化转化为对连续变量的优化.算例中利用该优化方法求解层合板的具有最优抗失稳特性的铺层顺序,通过优化设计显著提高了层合板的稳定性.     

考虑破坏过程含损复合材料层合板动力响应

旨在研究含分层损伤层合板的动力响应和破坏行为．基于层合板的一阶剪切理论采用了分项等参插值并推导了复合材料层合板刚度阵、质量阵列式，在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼阵列式；建立了用于含分层损伤复合材料层合板动力分析的分层模型和虚拟界面连接单元，以防止低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的脱离和嵌入现象；同时又采用了Tsai提出的0．44刚度退化准则和动力分析的Newmark法，对含分层损伤复合材料层合板结构进行了动荷载作用下的破坏分析．通过算例，分别讨论了外载频率、分层长度、位置以及破坏过程的刚度退化对含损伤复合材料动力响应特征的影响．     

极性材料螺旋层合板的小挠度问题

讨论极性材料螺旋铺层对层合板刚度的影响，给出了含不对称应力和偶应力的螺旋层合板等效常数与螺旋角的关系，得到螺旋角的适当选择可以显著地提高层合板抗桡刚度的结论。     

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。     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

脱层对两端固支层合板固有频率影响的研究

用有限元软件MARC建立了具有脱层和无脱层的两端固支层合板模型,并进行了模态分析.文中分别研究了双金属粘接、复合材料与金属粘接、复合材料与复合材料粘接三种类型的层合板脱层对其固有频率的影响,并绘制了脱层与固有频率关系曲线图,为工程应用提供了科学依据.     

铺层角度对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度的影响

为了准确计算复合材料等效刚度,指导复合材料设计过程中铺层角度的选择。该文基于经典层合板理论,建立了考虑拉剪耦合效应的三维层合板等效刚度计算方法。基于该方法对碳纤维/环氧树脂基复合材料板等效刚度随铺层角的变化趋势进行了分析,结果显示:随着铺层角θ_1的增加,铺层方式为(θ_1)_(25)/(θ_2)_(25)的层合板的面内轴向刚度E_x、横向刚度E_y的变化曲线包含变化率显著不同的两个阶段;法向刚度E_z呈正弦变化趋势且当正交铺层时有最大值;面内剪切刚度G_(xy)在θ_1=45°且θ_2=135°时有最大值;面外剪切刚度G_(xz)和G_(yz)变化曲线关于θ_2=90°对称。通过比较层合板与单向板等效刚度发现,选择合适的铺层角度组合能够有效提高结构的法向刚度和面内剪切刚度。     

撞击物对复合材料层合板冲击损伤特性的影响

针对一种采用预浸料成型工艺制备的复合材料层合板,开展不同撞击物作用下复合材料层合板低能量冲击损伤特性研究. 通过对比相同冲击能量（60 J）下,钢球、铝球和聚合物球撞击复合材料层合板的落锤/气炮冲击试验结果和冲击后含损伤结构的压缩试验结果,研究了不同撞击因素对复合材料低能量冲击损伤面积和剩余压缩强度的影响. 结果表明,相同冲击能量下,同种材质撞击物（不同质量）以不同速度冲击复合材料层合板的损伤特性相似;而不同材质撞击物（不同弹性模量和泊松比）得到的结果差异显著. 结合赫兹接触理论,初步解释了撞击物弹性性能影响接触刚度和冲击损伤程度的规律.      

含分层损伤复合材料层合板胶接振动特性影响

通过对含不同大小层间分层层合板结构分析，讨论由胶接所产生的拉伸和剪切刚度对含层间分层损伤复合材料层合板振动特性的影响。基于修补分层损伤结构变形特点，将含损层合板的基板、上子板和下子权采用Mindlin板单元离散，而损伤区修复效应以胶接单元模拟，建立相应的有限元分析模型和计算方法。通过对含损层合板的振动分析，验证采用的修复分层损伤胶接单元的正确性；依据拉伸和剪切胶接刚度对含损层合板固有频率的分别影响与综合影响，得到对分层损伤复合材料层合板修补的指导性原则。     

含弱界面的复合材料层合板对水平剪切波的散射

对含有弱界面的复合材料层合板,采用弱连接界面的剪切弹簧模型,借助波函数法研究了水平剪切波入射时层合板对波的散射,得到了解析结果.数值计算结果表明,弱界面处在不同位置时,对以一定角度入射到复合材料层合板的水平剪切波,其反射和透射系数有明显变化;当层合板中弱界面的力学性能参数强弱不同时,以入射角为变量所得到的透射系数和反射系数曲线呈现出明显差异.证明了根据含弱界面复合材料层合板所得到的水平剪切波的散射规律,不仅能够确定反映弱界面力学性质的参数R的大小,而且还能够判明弱界面所在的位置,这将为复合材料层合板中弱界面的超声无损检测提供依据.     

无限大正交加筋层合板的隔声性能分析

基于经典层合板理论,计及加强筋弯曲及扭转运动影响,建立无限大正交加筋层合板传声损失的理论模型.采用空间谐波展开和虚功原理的方法,推导出正交加筋层合板的传声损失计算公式,并将计算结果与简化模型和板梁组合模型的计算结果进行对比,结果吻合良好,验证了所建模型的有效性及广适性.最后,数值分析了层合板铺设方式、铺设角度、刚度、材料损耗因子和加筋间距等参数对结构隔声性能的影响.     

铺层拼接层合板抗拉强度研究

针对复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板强度预测问题, 设计了含铺层交错拼接区的碳/双马复合材料层合板试件,采用简单拉伸试验方法测定了该材料的力学性能,得到了不同拼接长度下层合板的抗拉强度.试验结果表明,铺层拼接状态差异将会对层合板的承载能力有显著影响.根据试验结果建立了铺层拼接层合板的抗拉强度随拼接长度变化的经验公式,可为复合材料层合板结构的铺层设计和强度分析提供理论依据.     

含脱层层合简支梁的屈曲模态

基于二维弹性力学理论,研究在轴向荷载作用下含脱层层合简支梁的屈曲模态.由位移法求得各单层梁受均布轴压时的弹性力学解,采用配点法联合各层得到整个系统的解.在层间界面上取与级数项数相等的点,将各点处的界面方程与梁上下表面的边界方程联立求解,得到屈曲临界载荷,返回特征方程得到梁的屈曲模态.研究了脱层界面的接触问题,在脱层处的每个配点上分别使用界面接触和界面自由模型进行计算,分析各配点处脱层表面竖向位移及法向应力的状态,迭代求得真实解.算例分析了不同脱层尺寸和脱层位置对层合梁屈曲模态的影响,并考虑了脱层间的接触.
     

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。     

含分层复合材料层合板的高阶有限元分析方法

本文以勒让德（Ｌｅｇｅｎｄｒｅ）多项式逼近位移场沿板厚度方向的变化规律，考虑了含分层损伤复合材料层合板分层区域的横向剪应力分布，对层合板分层区域的刚度进行了修正，并在此基础上建立了分析含分层损伤复合材料层合板的高阶有限元模型，编制了相应的计算程序，分析了分层损伤对复合材料层合板弯曲变形和应力的影响。     

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。     

非对称铺层T700复合材料层合板铺层顺序优化

为分析经过铺层顺序优化后的复合材料层合板的承载能力,基于有限元优化设计软件,构建碳纤维复合材料层合板有限元模型,施加边界条件与轴向载荷,进行力学性能分析;以碳纤维复合材料层合板铺层顺序为设计变量,以层合板主应变、连续角度铺层不超过四层等为约束条件,最大承载能力为设计目标,对层合板进行优化;并对优化后的层合板基于强度理论进行校核,结合力学试验对比分析优化前后的层合板力学性能差异.结果表明:碳纤维复合材料层合板铺层顺序经过优化后,承载能力增强,试验结果与仿真结果具有一致性,优化方法是合理可靠的.     

基于APDL的纤维增强金属层合板层间断裂韧性分析

纤维增强金属层合板,因其优异的综合性能而广泛应用于现代工业中。但由于界面的存在,在其使用过程中会出现分层破坏。界面是纤维增强金属层合板中最薄弱的部位。界面部位材料结合的牢固程度由界面的断裂韧性确定,是纤维增强金属层合板的重要力学性能指标,通常由单悬臂梁试验测定。采用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL建立了碳纤维增强镁合金层合板的模型,并利用生死单元技术,编写程序对测定界面断裂韧性的单悬臂梁试验进行模拟。结果表明,数值模拟与试验结果非常接近。数值模拟是一种非常有效的确定纤维增强金属层合板层间断裂韧性的方法。     

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。