复合材料圆管芯材横向剪切性能

分别采用解析法、数值法和双剪试验对碳纤维增强复合材料圆管芯材(碳管芯材)的横向剪切刚度进行研究,得到了碳管芯材的等效横向剪切模量和修正系数.采用层压板理论的刚度矩阵计算方法求解碳管所用层压板的面内剪切模量,并结合碳管芯材的矩阵胞元计算得到芯材横向剪切模量的解析解;使用有限元方法对双层碳管芯材建立碳管芯材双剪有限元模型,通过数值分析得到碳管芯材等效横向剪切模量的数值解;应用试验结果对解析解和数值解进行修正,获得的修正系数为碳管芯材力学性能研究及航天器结构应用提供了重要参数.     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体轴压力学模型及复合吸能机制

为了从结构力学角度揭示纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体在轴向压缩载荷作用下的复合吸能机制,建立了该结构的轴压力学模型,在考虑静力学平衡条件以及表层和芯材间位移协调条件的基础上,建立了表层侧向约束应力和芯材轴向压缩变形间的关系,重点分析侧向约束应力对结构损伤吸能机制的影响,探讨了表层和芯材设计参数间的影响规律.进一步开展的试验研究和破坏模式分析结果表明,该力学模型有效揭示了纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体的复合吸能机制,指导了该结构的参数化设计.      

夹芯复合材料T型接头弯曲疲劳损伤机制及剩余强度试验研究

为了解夹芯复合材料T型接头在弯曲疲劳载荷作用下的损伤特征模式及剩余强度特性,以疲劳加载试验机和万能材料试验机为测试平台,开展了该型接头的弯曲疲劳试验以及疲劳加载前后的静力弯曲破坏对比试验。通过接头疲劳加载前的静力弯曲破坏试验,获取了结构初始破坏载荷并观测了损伤特征模式。试验研究结果表明,在弯曲疲劳载荷作用下,接头结构刚度呈现渐进退化特征且随疲劳载荷峰值的上升呈加速趋势,接头的疲劳损伤模式主要为水平基座夹芯板两侧简支边界位置泡沫芯材的剪切损伤,泡沫芯材力学性能的退化导致结构刚度的渐进式下降。进一步的试验结果对比分析表明,该型接头的疲劳安全峰值载荷可取为结构初始损伤载荷的70%,在疲劳安全峰值载荷范围内并经历105次弯曲疲劳循环后,接头的初始刚度和极限承载弯矩与疲劳承载前基本相当。     

芯材拼接对天线罩夹芯板力学性能的影响

为考查芯材拼接对舰船复合材料天线罩夹芯板力学性能的影响,设计系列试验对比研究芯材拼接对夹芯板的极限承载能力、复杂稳定性和破坏模型的影响.结果发现:芯材拼接主要影响结构的破坏模式和破坏载荷;极限承载试验中芯材拼接易诱发分层破坏,进而导致蒙皮拉伸断裂,且使承载极限降低11.5%;复杂稳定性试验的主要破坏模式为贯穿型和局部型蒙皮压缩破坏,芯材拼接对破坏模式的影响表现为破坏位置的差异,且复杂屈曲载荷降低28.6%;工艺的复杂化使夹芯板力学性能的离散性升高.     

船用夹芯复合材料接头疲劳裂纹扩展研究

以船用L型夹芯复合材料连接接头为研究对象,将结构刚度退化作为夹芯复合材料连接接头在疲劳载荷作用下的观察变量,建立了以连接接头剩余刚度为表征参量的疲劳累积损伤状态量D的失效准则.通过对L型连接接头在疲劳累积损伤过程中裂纹发生、扩展直至破坏的整个失效过程的形态进行研究,最终揭示了船用复合材料典型连接结构累积失效规律.结果表明:复合材料接头刚度在疲劳过程中,分为缓慢下降与急剧下降两个阶段,刚度缓慢下降阶段占据了试件疲劳周期的95%,刚度急剧下降阶段仅发生在疲劳崩溃情况下,并伴随裂纹快速扩展直至断裂的过程.     

蜂窝夹层复合材料小质量冲击接触力的分析

研制了多角度小质量冲击试验机,可对蜂窝夹层复合材料进行不同角度、不同冲击能量的冲击。使用冲击加速度传感器测量冲击接触力。在已有仿真模型的基础上,使用降低面板抗弯刚度的方法来模拟分层损伤的产生,从而预测分层发生后的冲击接触力。实验结果表明,仿真得到的冲击力与前者吻合较好。通过仿真分析夹层板参数对冲击力的影响,发现面板的等效抗弯刚度和芯材的压缩强度对冲击周期和最大冲击接触力具有较大的影响,而芯材的厚度和模量则对冲击周期和冲击接触力的影响较小。     

预应力工字型围护桩接头的抗剪性能

预制桩为标准化长度,合理可靠的拼桩接头可促进预制围护桩的推广应用。采用翼缘L型钢板-钢连接板-高强螺栓的接头形式连接预应力混凝土预制工字型桩端,通过剪切试验研究了该接头的剪切破坏模式及抗剪承载能力,并建立有限元模型对接头的剪切破坏过程进行了数值模拟,在试验验证的基础上,采用有限元分析方法研究了混凝土强度、连接钢板强度、预应力混凝土(prestressed concrete,PC)钢棒数量对桩接头抗剪承载力的影响。研究结果表明:考虑塑性损伤的三维精细化数值模拟结果与试验结果吻合较好;随着剪切荷载的增加,接头处顶、底部的连接钢板及顶部PC钢棒先于其他部位屈服;改变混凝土强度和顶部的纵向PC钢棒数量,可显著改变接头的抗剪承载力;而改变连接钢板屈服强度,对承载力影响并不明显。     

无机玻璃材料的改进TCK本构模型

为了研究冲击荷载作用下无机玻璃材料的拉伸损伤特性,将适用于陶瓷材料率相关的TCK动态拉伸型本构模型加以改进,并将改进后的TCK本构模型应用于侧向撞击玻璃平板试验数值仿真.由仿真分析结果发现,改进的TCK本构模型对于无机玻璃材料的应力波传播速度、拉伸和压缩损伤区域的面积和位置,以及损伤扩展速度的计算分析较为准确.     

复合材料T型接头拉伸断裂行为的数值模拟

针对碳纤维复合材料T型接头在拉伸载荷下的断裂行为及其失效强度进行了数值预测,并将预测结果与试验数据进行了对比分析.在该数值模型中,分别使用增强有限单元法和内聚力模型考虑了T型接头三角区填充材料裂纹和层间界面分层的萌生与传播过程.结果表明,数值计算结果与试验结果对比较好,三角填充区域是T型接头结构中裂纹最先萌生的位置;填充材料的断裂行为并不影响T型接头最终失效载荷;加强筋层合板与蒙皮层合板间的分层行为是T型接头拉伸失效的根本原因.     

受压弯剪型开孔芯材屈曲约束支撑试验

提出一种芯材开孔的新型全钢屈曲约束支撑,简称为PBRB.该支撑由开孔平板芯材,填充板及盖板通过螺栓连接而成.通过3根芯材具有不同开孔形式的PBRB试件的拟静力试验和相关数值分析,重点考察了芯材开孔形式对PBRB抗震性能的影响.研究结果表明:PBRB具有滞回性能稳定、延性高及累积耗能能力优良等特点;开孔芯材受压变形为压缩、剪切与弯曲组合的机制;开孔芯材"短柱"的长细比是影响PBRB性能的关键参数,芯材"短柱"长细比过大会造成PBRB滞回性能相对较差,基于试验结果给出了偏保守的设计长细比限制;同时提出了PBRB初始刚度的计算方法,评估精度良好.