PZT薄膜界面分层破坏的内聚力模拟

实验测试表明,单晶硅基板上磁控溅射沉积的多层薄膜材料Cr/PZT/PLT/Pt/Ti容易沿着Cr/PZT界面端开裂并发生分层破坏.我们在实验测试基础上,通过数值模拟计算与分析研究,确定了该薄膜界面的结合强度参数.模拟计算基于连续介质力学的内聚力模型,采用有限元方法来分析沿Cr/PZT界面的裂纹萌生和扩展过程.首先,将该界面表征为一个遵从指数或双线性内聚力模型本构关系的薄层.然后,通过与实测的断裂载荷、加载点的载荷-位移曲线校准的办法,确定出界面内聚法则参数.研究发现,内聚强度和内聚能是最为关键的内聚参数;双线性内聚力模型更适合于描述Cr/PZT界面破坏;与毫米量级厚度的薄膜材料相比,该多层薄膜材料中的Cr/PZT界面的内聚能较低,属于弱结合界面,沿着该界面的分层破坏为脆性断裂过程.本研究表明,宏观力学的内聚力模型同样适用于分析微米厚度薄膜的界面破坏问题.     

基于内聚力模型的层合板屈曲行为分析

本文研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板的屈曲行为.基于内聚力模型使用数值模拟方法计算含不同特征参数层合板的屈曲力学行为及分层损伤扩展,并分析其耦合作用机理.结果表明:层间分层缺陷的长宽比越大、厚度位置越靠近中面,层合板的屈曲临界载荷值和极限载荷值越大;分层损伤扩展只发生在混合屈曲中,且层间分层缺陷的长宽比和厚度位置...     

含分层损伤复合材料层合板的精化有限元法

提出了一种以勒让德多项式逼近位移场的含分层损伤的复合材料层合板的高阶理论精化有限元模型，该模型考虑了横向剪切变形沿层板厚度的分布规律，满足层板上下表面及分层处上下表面横向剪应力为零的条件；对分层损伤区域内的层板刚度进行了修正。     

纤维-金属层合板层间应力分析

依据有限元方法,建立了纤维-金属层合板的有限元模型,有效模拟了金属层的弹塑性以及其层间的应力分布;分析了纤维-金属层合板的拉伸特性,与试验数值比较,证明了该有限元模型的准确性;从不同类型纤维-金属层合板的应力-应变曲线,得出结论:层合板在金属层进入塑性形变阶段后,强度下降较快且玻璃纤维层采用相同的铺排方式,有利于降低层间应力集中程度.     

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。     

新型三线性本构内聚力模型的界面参数研究

复合材料多向层合板分层扩展行为的准确模拟对层板结构设计非常重要。笔者前期工作已经建立了一种基于失效机理的新型三线性本构内聚力模型来考虑纤维桥接对分层行为的影响。在此基础上,基于二维有限元模型对该新型内聚力本构中的关键参数开展了数值研究,获得了适用于复合材料多向层合板数值模拟的内聚力本构参数取值方案。最后采用确定的本构参数对复合材料多向层合板的分层扩展行为进行了模拟,所得模拟结果与试验结果之间的一致性较好,进而验证了所建立参数取值方案的有效性。     

含分层损伤复合材料层合板非线性热弹性分析

应用含分层损伤复合材料层合板的高阶理论精化有限元模型，对「０／９０」ｓ对称正交铺设层合板在热成型过程中的热变形及残余应力进行了非线性热弹性分析，考虑了材料弹性性能和热性质依赖于温度变化的影响，得到一些对工程应用有参考意义的结果。     

含对称穿透分层损伤复合材料层合板准三维分析

采用以准三维模型为基础的非线性有限元,研究了具有对称穿透分层损伤的复合材料层合板在均匀面内压缩载荷作用下的后屈曲变形,并结合虚裂纹闭合技术（ＶＣＣＴ）,计算了分层前缘的层间能量释放率各型分量。数值分析表明,含对称中心分层损伤斜交铺层复合材料的层合板在压缩载荷作用下,其分层扩展能量释放率与分层子板压缩方向上的刚度有关。     

复合材料层合板的分层屈曲

采用Ｗｉｎｔｃｏｍｂ薄膜分层屈曲模型,根据Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｒｉｔｚ法建立了考虑温度效应时复合材料层合板分层屈曲的稳定特征方程,计算阳出了均匀温度场中对称铺设层合板椭圆形分层屈曲的临界压缩载荷及屈曲临界温升。     

低温下含分层的复合材料层合板渗漏问题研究

针对含有横向基体裂纹与贯穿型分层的复合材料层合板,建立了一个四子域的二维力学模型,利用一阶剪切变形理论(FSDT),并结合连续性条件和边界约束条件获得拉伸载荷作用下与裂纹密度和分层长度相关的分层裂纹张开口位移(DCOD)的理论解．运用COMSOL软件进行有限元建模计算,验证了理论解的精确性．利用获得的DCOD解,通过达西定律给出了氦气通过复合材料层合结构的渗透方程,最终确定了氦气经过结构的渗漏率．同时,采用经典的热压法制备了预埋一定裂纹密度与分层长度的T700碳纤维增强体/环氧树脂基复合材料层合结构,并利用一台高真空系统进行了渗漏实验．结果表明：在渗漏率保持小于1×10^-5Pa·m3/s渗漏量水平上,理论值与实验结果相符合．本模型对于分析航天低温贮箱的渗漏规律具有重要参考价值．     

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.     

基于双线性损伤本构的复合材料修理后强度数值分析方法

针对胶接挖补修理后复合材料结构的强度分析,建立了同时考虑复合材料和胶层损伤状态的三维有限元分析模型。采用混合型损伤内聚力模型模拟胶层的脱黏失效行为。建立基于损伤力学的复合材料三维双线性本构关系,量化损伤程度;并编写为有限元软件ABAQUS的材料子程序VUMAT。通过数值计算对结构强度和损伤过程进行预测。分析实例的计算结果与试验吻合得较好,验证了分析方法的有效性。     

高炉软熔带数学模型算法的改进

宝钢软熔带模型对高炉监测装置要求较高；只有十字测温装置和炉身上部探测器正常时，模型才能正常运行。对该模型的假设条件和推算方法等方面进行改进，给出了新模型设计框图。应用表明，在十字测温仪不能正常使用时，该模型仍然能够运行。     

高炉软熔带数学模型的研究和应用

为了快速地确定高炉内软熔带的形状和位置，根据质量传输原理和热量传输原理，结合国内2500m。高炉检测装置的实际情况，建立了软熔带数学模型，并对莱厂2500m。高炉进行了分析，推断出了该高炉在不同操作条件下软熔带的形态，并初步分析了软熔带的形状和位置与操作参数的关系．     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。     

基于ABAQUS软件的海上漂浮软管接头剥离破坏的数值分析

海上漂浮输油软管在拉伸载荷作用下,管接头失效的主要形式为管本体内层橡胶复合材料与接头钢制短节的剥离损伤.本文以8吋海上漂浮输油软管为例,采用ABAQUS软件中零厚度的内聚力单元模拟粘合剂,数值分析拉伸载荷作用下软管接头的剥离损伤的问题,提出软管接头粘合剂的剥离损伤力学分析方法,为海上漂浮输油软管接头结构的承载能力分析以及接头的结构改进设计提供依据.     

基于有限元界面模型的路面拼接粘结行为分析

建立新老路面拼接结构的三维有限元模型,引入界面单元模拟拼接部位界面粘结剂的特征,根据界面单元内应力及张开位移,得出了拼接粘结界面剂的特性参数与临界粘结强度的关系曲线,求出了在对称荷载作用下拼接结构界面剂的粘结强度临界值,粘结界面破坏时的最大张开位移越大,则在拼接结构中要求的临界粘结强度越小.