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。     

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。     

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。     

含层间分层复合材料层合板修复后能量释放率分析

研究了含层间分层损伤复合材料层合板复后的剩余压缩强度，基于板的一阶剪切变形理论和Von-Karman大挠度理论，提出了该类结构在轴压下的后屈英分析的有限元分析方法，利用虚裂纹闭合技术，计算巳修复的开裂区前缘再次开裂的能量释放率，并通过数值分析讨论了在不同分层面积、形状和不同的胶接层刚度等情况下的能量释放率分布规律。     

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。     

含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析

给出了材料性质与温度有关的含分层损伤的复合材料加筋层合板的增量求解形式的有限元列式,并计算了含分层损伤的加筋层合板的热屈曲问题．计算结果表明,材料性质随温度变化的特征、加筋形式和分层大小对加筋层合板的热屈曲温度有显著影响．     

内部分层对复合材料层合板承载能力的影响

根据含分层损伤复合材料的高阶有限元模型,分析了内部分层对复合材料层合结构的影响。分析表明,内部分层将引起层合板应力分布变化,应力值提高,由此将导致复合材料层合结构承载能力的显著下降。     

缝纫对复合材料层合板分层屈曲的影响

基于包含若干分层的缝纫复合材料层合板在面内压缩载荷作用下发生屈曲破坏的机理,即厚度方向上的缝纫线被拉断,把缝纫线的极限伸长率作为层合板屈曲破坏的控制参数,采用能量的方法建立了用于预测缝纫复合材料层合板屈曲强度的理论模型.采用最小势能原理计算了缝纫及未缝纫复合材料层合板的屈曲强度.在此基础上,定义一个缝纫增强比,用一个算例证明了缝纫复合材料层合板较未缝纫复合材料层合板有更高的屈曲强度.研究了缝纫参数(包括缝纫线直径,缝纫针距和行距)对缝纫复合材料层合板屈曲强度的影响.     

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．     

大变形下对称自由边分层复合材料的能量释放率研究

采用准三维模型为基础的非线性有限元,研究具有对称自由边分层损伤的复合层合板在均匀轴向应变作用下的分层断裂力学行为;     

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。     

含单个分层复合材料层合板后屈曲性态研究

基于Mindlin假定下大变形的板／壳理论,采用参考面单元和虚拟杆单元相结合的非线性有限元方法,建立了分层损伤层合板后屈曲分析的有限元计算模型,并研究了考虑层间接触效应的单分层层合板的后屈曲性态．着重研究了分层深度、铺层次序和分层尺寸对含单个穿透分层层合板后屈曲性态的影响,如随分层位置沿厚度方向由表面向中心靠近,层合板后屈曲载荷呈下降趋势;当分层尺寸确定时,层合板的铺层次序及分层深度对后屈曲载荷的影响呈现明显的规律性;不同分层尺寸对后屈曲模态有显著影响等．所得结论对层合板结构设计和评估有指导意义。     

含分层损伤轴对称复合材料层合壳的高阶理论及有限元分析

提出一种轴对称旋转壳的高阶理论有限元分析模型，采用勒让德多项式逼近位移场沿轴对称壳体厚度方向的变化规律，对含分层损伤的轴对称层合壳结构，构造了一种轴对称分层损伤模型，对分层区域的弯曲刚度和横向剪切刚度作了修正。由典型算例讨论，研究了具有相同分层损伤面积层合壳的损伤分布与位置对其变形的影响。     

角铺设复合材料层合板的后屈曲和模态跃迁

为研究双轴受压反对称角铺设复合材料层压板的后屈曲和模态跳迁性能,由渐近修正几何非线性理论推导其双耦合四阶控制偏微分方程(即协调方程和动态控制方程);通过采用广义Galerkin方法将层合板的耦合非线性控制偏微分方程转换为系列非线性常微分方程组;然后,采用解的延拓方法软件对层合板的后屈曲行为进行分析,确定面内直边边界下层合板出现屈曲模态跃迁的路径和临界载荷.通过对四层简支复合层合板算例计算表明:该方法数值结果与有限元分析(FEA)相比,在主后屈曲区域有很好的吻合性;而当解接近第2分岔点时,有限元分析失去收敛性,而所提分析方法仍具有深入探索二次分岔后屈曲区域和准确捕捉模态跃迁现象的能力.     

复合材料层合板瞬态温度场非线性分析

采用在时间域内迭归算法为基础的混合有限元法分析了具有各种温度边界条件下复合材料层合板非线性热传导问题。在分析中考虑了材料热物理性质随温度变化的因素。为了提高瞬态温度场数值分析精度和改善数值计算稳定性，提出了一种新的离散原则，其中包括增量时间步长和有限元离散网格尺寸的选择以及它们之间的优化匹配原则。以［０°／９０°］ｓ碳／环氧Ｔ３００／５２２２为例，给出了数值分析结果。数值结果表明，在复合材料及其结构分析和设计中，必须考虑材料热物理性质随温度的变化。     

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。     

复合材料层合板的热变形非线性分析

采用交替非线性分析有限元法研究了复合材料层合板在瞬态热载作用下的热变形问题。通过数值结果讨论表明，在研究热载作用下复合材料层合板热变形分析时必须考虑复合材料的热物理和力学机械性质随温度变化的非线性特征。     

CFG桩复合地基褥垫层效用的三维有限元分析

水利工程中常采用CFG桩复合地基以提高水闸地基的承载力。由于上下游存在水位差,褥垫层材料常采用水泥土或黏性土代替散粒体材料。利用大型通用有限元软件ABAQUS,建立单桩复合地基三维有限元模型,分析了不同褥垫层材料、不同桩体模量及不同桩长对桩土应力比和桩土沉降的影响。为CFG桩复合地基褥垫层材料的选择、桩长及桩体模量的设置提供了依据,有利于复合地基的优化设计。     

平纹编织复合材料挖补修理附加层优化研究

平纹编织复合材料应用广泛,但该类型结构维修关键参数的研究较少,文章根据实际维修情况建立复合材料层板挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了分析模型的准确性,基于该模型进行了附加铺层尺寸参数优化研究。结果表明,附加层的铺设对于提高修补板强度有积极的效果,但过多的附加铺层数容易增加修补缺陷,建议修理中附加铺层数不宜过多。优化过程中发现复合材料挖补维修存在一个对强度影响较大的附加铺层长度值,该临界长度正比于维修总区域,实际维修中附加铺层长度参数建议为该临界值的2~3倍,文中修补条件下的推荐值为20~25mm,该结论可为复合材料结构修补提供较为准确的维修指导。