复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元建立了复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击作用下的渐进损伤分析模型。该模型中将蜂窝夹芯等效为均匀的正交各项异性材料。采用基于应变的Hashin三维失效准则和Yeh分层失效准则对面板损伤进行判断。使用部分刚度折减对损伤材料性能进行退化。利用用户子程序将损伤判据和刚度折减方案引入到ABAQUS软件中。模拟了复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤渐进过程,并与试验结果进行验证。证明了该方法的合理性,最后讨论了各种参数对冲击响应和冲击损伤的影响。     

热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。     

蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度

蜂窝夹芯板因其较好的吸能效果得到广泛应用。蜂窝夹芯板在服役期间常会受到多次冲击,受损蜂窝夹芯板的剩余强度为其能否继续服役提供有效的参考。为研究蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后蜂窝夹芯板的剩余强度,对蜂窝夹芯板同一位置进行不同能量、不同频次冲击的实验研究,实验表明,相同冲击总能量下,单次高能量冲击比多次低能量冲击所产生的损伤大。采用ABAQUS软件对冲击实验进行仿真计算,将计算结果与实验结果进行对比,结果表明,仿真计算的接触力最大值与实验的接触力最大值较为接近。对含损伤的蜂窝夹芯板进行了压缩剩余强度实验,结合数字图像相关方法同时对蜂窝板两侧凹坑附近的应变进行测量,结果表明,单次高能量冲击的剩余强度比多次低能量冲击的剩余强度低,在压缩过程中,凹坑处应变变化较明显,远离凹坑处的应变变化较小。     

蜂窝夹芯板的理论研究

讨论了蜂窝夹芯板的基本方程,把互相耦合的含３个未知广义位移函数的３个二阶偏微分方程的联立方程组,通过引进微分算子化成形式上的代数方程组的方法,简化成只含１个中间位移函数的六阶偏微分方程式。使有关蜂窝夹芯板弯曲变形计算大大简化。     

基于振型数据的蜂窝夹芯板损伤检测

以含有结构损伤的四边简支铝制蜂窝夹芯板为研究对象,采用锤击法模态实验提取损伤蜂窝夹芯板的振型数据,并针对蜂窝夹芯板上不同位置、不同程度的损伤,分别采用振型差值、曲率模态和高斯曲率模态三种损伤识别方法进行识别.结果表明：在四边简支铝制蜂窝夹芯板中存在损伤时,结构损伤位置处的振型差值比较明显,说明采用振型差值法对结构损伤进行识别可以准确判定损伤的位置,且在损伤位置准确判定后,可根据该位置已有的差值信息进行损伤程度判定.     

基于Ansys的冲击载荷下蜂窝夹芯板的动力学响应

以四边固支铝基蜂窝夹芯板为研究对象,针对蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒的位置及填充量对动力学响应的影响进行了Ansys数值模拟计算,并比较了不同条件下的蜂窝夹芯板应力应变值.结果表明:在冲击载荷下,蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒后能很好地减小应力应变值,增大蜂窝夹芯板的吸能效果.颗粒填充范围为0.2~0.25,颗粒填充数为两粒时,蜂窝夹芯板的应力应变值最小,吸能效果最佳,过多的填充不仅不具有更好的吸能效果,反而会激振蜂窝夹芯板.     

三种蜂窝夹芯板的抗爆性能分析

为进一步理解强爆炸载荷下蜂窝夹芯板的抗爆机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件,对3种蜂窝夹芯板的抗爆性能进行了数值模拟分析. 对比了圆孔蜂窝、六边形蜂窝和六角排列圆管3种芯层结构的单胞的面外压缩性能,分析了夹芯板在爆炸载荷作用下的变形过程. 结果表明:对于相同相对密度的3种芯层,在准静态压缩下,六角排列圆管最容易压缩,其平台应力最低,而圆孔蜂窝的平台应力最高. 在相同的结构参数与爆炸载荷作用下,六角排列圆管夹芯板的背板挠度最小,抗爆性能最优. 分析了圆管夹芯板抗爆性能的参数影响,结合载荷传递与芯层压缩变形机制,阐明了夹芯板的抗爆机理,并指出总吸能量不能直接反映夹芯板抗爆性能优劣.      

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验.并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程.结果 表明,数值模拟结果与试验结果一致.上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤.无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值.薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量.     

基于冲击瞬时能量梯度的蜂窝夹芯复合材料结构损伤监测

碳纤维增强复合材料具有独特的材料特性、可设计性,在现代卫星研制过程中的作用日益凸显,但其极易受到外太空碎片的撞击而产生多种类型的损伤,严重威胁在轨卫星的可靠性与稳定性。针对一种预制损伤的铝蜂窝夹芯碳纤维复合材料的安全监测需求,利用光纤Bragg光栅构建了分布式全光纤监测系统,监测在冲击过程中损伤区域处感应的光响应信号。通过总体经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)结合希尔伯特变换(Hilbert transform,HT),对冲击时域信号进行了有效提取,获得了冲击瞬时能量密度谱,提取相关能量特征并进行对比,进而生成冲击能量云图。实验结果表明:传感网络中任意一支传感器能够检测出四处损伤位置。该方法可为部分传感器失效情况下的损伤监测提供有益参考。     

高温环境下含典型凹坑缺陷蜂窝夹芯板特征值屈曲性能

蜂窝夹芯板是飞行器中一种常见的热结构,在服役过程中其面板表面容易形成不同形状的凹坑.为了研究不同形状凹坑对蜂窝夹芯板屈曲性能的影响,基于Python语言构建了含圆形凹坑缺陷、含正方形凹坑缺陷、含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板参数化有限元模型,分析了恒温和变温下凹坑缺陷关键参数对蜂窝夹芯板特征值屈曲性能影响规律,结果表明不管是恒温环境还是变温环境,随着凹坑缺陷直径(边长)或者凹坑深度的增大,蜂窝夹芯板临界失稳载荷降低;对比分析了等面积缺陷和等周长缺陷下3种典型缺陷对结构特征值屈曲性能的影响,结果表明等面积缺陷下,含圆形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者,等周长缺陷下,含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者.     

复合材料横隔式夹层梁的分析

横隔式夹层梁由上、下面板及中间的横隔板组成,在工程中有一定的应用,利用能量变分原理及连续化分析方法,推导了夹层梁的微分方程,并且根据微分方程,求得两端简支夹层梁的级数解,最后,通过数例与有限单元法进行比较表明这一方法简单而有效。     

少数民族中学生排球运动的运动损伤调查与分析—莎车县中学生为个案

排球运动损伤是从事排球运动对学生所带来的机体伤害,文章对莎车县从事排球运动的中学生和爱好者的损伤现状做了调查及分析,基本了解了中学生在排球运动过程中出现的运动损伤的特点及规律,探讨了引起中学生损伤发生的原因,并提出了一些预防措施和针对某些薄弱关节的锻炼方法。为今后的排球训练和授课提供一定的参考和帮助。     

湿热环境下复合材料冲击损伤的近场动力学模拟

研究在湿热条件下复合材料的冲击损伤特征,是复合材料应用在舰船壳体的一个重要基础。现有的有限元方法在分析损伤及裂纹扩展问题中遇到了一定困难,需引入近场动力学(PD)理论,用于分析复合材料湿热冲击损伤。在复合材料近场动力学模型中,定义层内和层间共4种不同作用键;在本构方程中引入湿热伸长率项,改进键伸长率判定和键常数为湿热环境下的形式,建立了湿热环境下复合材料层合板PD模型。基于上述模型,模拟了不同湿热环境下复合材料层合板冲击损伤,并分析冲击速度对湿热处理复合材料层合板吸能性能的影响。结果表明:在冲击速度较低情况下,湿热因素对层合板冲击损伤影响较大;当温度与湿度共同作用时,层合板抵抗冲击能力更强。     

PP/硅藻土复合材料断口表面分形维数及其与冲击强度关系的研究

应用硅烷偶联剂对硅藻土进行表面处理,并制备了PP/硅藻土复合材料,硅藻土的体积分数为0 ~ 15%。在室温条件下,测量了复合体系的冲击强度。采用投影覆盖法测算了复合体系的冲击断口表面分形维数,并考察了它与冲击强度之间的关系。结果表明,试样断口表面分形维数的测算值在2.4754 ~2.5230之间,强的相关性说明断口表面分形行为显著;断口表面分形维数与冲击强度之间大致上符合指数函数关系。     

Impact behaviors of poly-lactic acid based biocomposite reinforced with unidirectional high-strength magnesium alloy wires

A novel poly-lactic acid(PLA) based biocomposite reinforced with unidirectional high-strength magnesium alloy(Mg-alloy) wires for bone fracture fixation was fabricated by hot-compressing process. The macroscopical and microscopical impact behaviors of the biocomposite were investigated using impact experiments and finite element method(FEM), respectively. The results indicated that the biocomposite had favorable impact properties due to the plastic deformation behavior of Mg-alloy wires during impact process. While the content of Mg-alloy wires reached20 vol%, the impact strength of the composite could achieve 93.4 k J/m2, which is approximate 16 times larger than that of pure PLA fabricated by the same process. According to FEM simulation results, the complete destruction life of the composites during impact process increased with increasing volume fraction of Mg-alloy wires, indicating a high impact-bearing ability of the composite for bone fracture fixation.Simultaneously, the energy absorbed by Mg-alloy wires in the composites had a corresponding increase. In addition, it denoted that the impact properties of the composites are sensitive to the initial properties of the matrix material.     

预处理对复合材料性能的影响研究

通过不同的处理方法改善增强纤维与基体树脂间的界面性能,探讨了预处理对复合材料性能的影响.结果表明:经过A-151处理和碱处理后,复合材料的拉伸性能分别提高到92.6Mpa和78.0Mpa,在45℃、5%Na0H 溶液中加热0.5h后,复合材料的冲击性能最大.     

复合材料的细观力学研究进展

复合材料具有较强的结构特性,是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏观力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展,介绍了复合材料的细观力学模型的发展,综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状,并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。     

半刚性及复合基层沥青路面破损指标演变规律研究

为对高速公路路面科学养护决策提供有效的数据支持,对半刚性基层、复合基层沥青路面破损数据进行汇总分析,提出沥青路面平均病害种类、病害覆盖率及贡献率等路面破损衍生指标。分析结果表明:复合基层、半刚性基层路面不同时期平均病害种类基本一致,病害覆盖率、贡献率最大均是横裂修补、纵裂修补、纵向裂缝(轻)、横向裂缝(轻)等4种病害;半刚性基层早期微裂缝的扩展速度明显高于复合基层路面,两种基层路面的纵向裂缝(重)病害发展最迅速阶段出现于同一阶段;相较于半刚性基层,复合基层将横向裂缝(重)、块状裂缝发展最迅速阶段延后,复合基层路面比半刚性基层路面具有更好的养护弹性。路面养护策略、措施的选择,宏观上应该根据不同基层类型及路面病害在不同时期的演变规律进行选择。     

格图和环面蜂巢图的角色分配问题

Everett和Borgatti引入了k 角色分配的概念。对于图G,它的一个k 角色分配就是由各顶点映到正整数 1,2,…k的一个函数,它满足:如果x和y有相同角色,那么分配到它们邻接点的角色的集合也相同。这种思想源自社会网络理论:我们说如果两个个体社会角色相同,那么和他们相联系的个体的总体社会角色类别相同。Lisheng等人在《三角化图的 2 角色分配》这篇文章中刻画了一类 2 角色可分配的图:无差图。并在开放问题中提出:k≥3时,能否找出k 角色可分配的图类和相应的分配方法? 笔者对格图和环面蜂巢图作了相应的研究。