复合材料多向层间Ⅲ型分层断裂韧性实验研究

通过对多向层合板刚度和热弹性的分析，给出了适于测量复合材料多向层间Ⅲ型分层断裂韧性的试样铺层；改进了裂口悬臂梁测试方法的试验夹具，使其简单可靠且易于操作。实验研究了Ｓ２／６４８玻璃纤维增强环氧复合材料多向层间（０／θ）的Ⅲ型分层断裂韧性，结果表明：对所研究的复合材料，其单向层间的Ⅲ型分层断裂有纤维架桥效应，断裂韧性Ｇ（ⅢＣ）先随裂纹扩展线性增加，而后趋于常值；而多向层间（０／θ）的Ⅲ型分层断裂韧性则没有明显的纤维架桥效应，且断裂韧性Ｇ　的测试值与层间参数θ没有明显的相关性。     

含低能量冲击损伤碳纤维层合板剩余压缩强度分析

T700/DS1202碳纤维层合板是一种目前在国内无人机领域广泛使用的复合材料.在对T700/DS1202碳纤维层合板冲击损伤及压缩后的损伤扩展情况试验检测的基础上,分析了含低能量冲击损伤层合板在压缩载荷下的破坏机理,并采用有限元法进行了模拟.结果表明,15J是冲击损伤的门槛值,当冲击能量大于等于该值时,层合板剩余压缩强度降至90％以下;压缩时冲击损伤处分层,并从心部扩展至边缘,造成层合板最终失效.     

复合材料层合板低速冲击损伤的预测模型

在低速冲击载荷作用下,建立了一种适用于铺层总数较多的复合材料层合板的损伤预测模型。采用三维Puck失效准则预测层内纤维与基体的破坏,并获得基体失效时的断裂面角度。根据低速冲击下复合材料层合板的层间分层损伤机理,同时考虑面内横向正应力、厚度方向正应力、层间剪应力和相邻铺层的损伤状态等因素对界面分层的影响,发展了一种新的冲击分层失效准则。为快速有效地预测铺层总数较多的复合材料层合板的冲击损伤,通过对单元积分点处的应变进行线性插值,提出了在单个实体单元内预测多个铺层损伤的数值计算方法。模型成功预测了受冲击层合板具体的失效模式,预测的分层形状和尺寸与试验值吻合较好,并显著减少了有限元模型的规模,表明本文所发展的数值方法对预测复合材料层合板低速冲击损伤的有效性。     

挖补参数对低能量冲击损伤层合板修理性能的影响研究

为探索层合板低能量冲击损伤挖补修理参数及其对修理性能的影响,采用两种冲击源对T700/DS1202层合板进行了冲击试验,并进行挖补修理,测试修理后的压缩强度。结果表明：无论是何种冲击源,采用阶梯形挖补修理工艺,强度恢复率均可达79.9%以上。但在同等冲击能量等级下,锥形冲击源造成的损伤,修理后强度恢复率较低。同时,单面挖补工艺的强度恢复率更高,修理质量更稳定,压缩破坏形式以基体和纤维的压缩为主;双面挖补工艺易产生应力集中,强度恢复率低,质量稳定性差,压缩破坏形式以分层为主。     

面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。     

多向层合板中的脱层与超声检测成像

以碳纤维多向层合板结构的脱层现象为对象,本文解决了哪种情况是最有可能脱层,在什么临界条件容易出现脱层以及如何确定临界条件等问题.利用入射超声渡在碳纤维复合材料中产生的反射信息,分析反射回波的时间和回波幅频特性,利用坐标扫查器确定脱层方位,通过逐点扫描记录每一点声波特征,形成矩阵数据,绘成图像显示脱层区域的大小和方位,直观准确地再现了脱层的发生位置及大小.     

低速冲击下复合材料层合板损伤试验与模拟

对复合材料层合板进行四种不同能量的低速冲击试验,测量了不同冲击能量下的凹坑深度,并利用超声C扫描获得了层合板分层形状和面积。依照试验条件,建立复合材料层合板低速冲击三维有限元模型,模型中分别采用hashin失效准则和界面单元模拟层内失效和层间损伤,结合试验与模拟结果,讨论了复合材料层合板在低速冲击下的损伤特征,以及冲击过程中层合板内部损伤的发生及演化规律。     

国产碳纤维增强树脂基复合材料阻尼性能实验研究

碳纤维增强复合材料的阻尼性能对结构的减振能力具有重要影响。复合材料的阻尼机理与均质的各向同性材料有很大不同。利用瞬态冲击振动梁法得到了不同树脂基体、不同纤维铺层角国产碳纤维增强复合材料的动态特性数据,并提取了模态频率与模态损耗因子,研究了树脂基体材料和纤维铺层角对复合材料动力学性能的影响规律,同时研究了材料的阻尼性能随着振动频率的变化规律。实验结果表明,603基体的复合材料比605基体及606基体的复合材料具有更高的模态损耗因子;同样的基体,增大铺层角,结构柔度增大,损耗因子也增大;随着振动频率变化,在某一频率下,模态损耗因子出现了峰值。     

复合材料仿生扑翼各铺层的有限元分析

利用有限元法,对具有粘弹性的碳纤维复合材料设置一组铺层角度,以探究扑翼在空气动力和惯性力作用下的结构力学性能表现。在单层板的4个铺设角度(0°,90°,45°和-45°)中,-45°铺层角度可得到最小的等效应力,但对应的最大变形相对最大,45°铺层角度可得到相对最小的变形,但对应的等效应力较大,最大应力和最大变形不能统一在同一铺层角度的单层板仿生翼上。在层合板的铺层角度组合中(-45°/0°、-45°/45°、-45°/90°、0°/45°、0°/90°、45°/90°),45°/90°铺层组合可得到最小的等效应力和最小的结构变形,整体及各分层的最大正应力和剪应力区域产生于前缘梁根部,集中应力分布合理,具有较好的力学性能。最大应力和最大变形可以统一在双层层合板仿生翼上,具有比单层板更优的力学性能,这与昆虫翼的由腹、背两层高承力薄膜构成的翅膜微结构相似。本研究有助于解释昆虫翼的完美结构表现,并为扑翼设计提供借鉴。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

碳纤维增强树脂基断裂的数值模拟研究

基于断裂力学模型,通过应用Abaqus大型商用软件,建立碳纤维增强树脂基复合材料断裂实验的模型,计算了该模型的断裂韧性J积分,研究了用J积分来表征碳纤维增强树脂基断裂韧性特征,其结果表明了使用本文方法的有效性。     

SiC颗粒强韧化MoSi2复合材料研究

本文通过对热压合成制备的SiC MoSi2 复合材料显微组织及其断口形貌分析 ,结合硬度、抗弯强度、断裂韧度等力学性能和孔隙率、晶粒度的测试 ,初步探讨了SiC颗粒强韧化MoSi2 复合材料的效果和机制。     

正交铺设陶瓷基复合材料基体裂纹演化研究(英文)

采用能量平衡法对正交铺设陶瓷基复合材料在单轴拉伸载荷作用下的基体裂纹演化进行了研究。在拉伸载荷的作用下,正交铺设陶瓷基复合材料有5种开裂模式。开裂模式3包括横向开裂、基体开裂和纤维/基体界面脱粘;开裂模式5只包括基体开裂和纤维/基体界面脱粘。本文得到了两条横向裂纹之间出现开裂模式3和5的初始基体开裂应力;并得到了开裂模式3多裂纹演化的初始基体开裂应力。讨论了铺层厚度、纤维体积含量、纤维/基体界面剪应力和界面脱粘能对基体开裂应力和基体裂纹演化的影响。结果表明,对于SiC/CAS材料而言,两条横向裂纹之间首先出现开裂模式3。     

一种简便评估准晶材料断裂韧性的方法

本文介绍了一种简单评估准晶材料Al59Cu25.5Fe12.5B3的断裂韧性的方法。根据维氏（Vickers）压痕试验法测量的显微硬度和利用扫描电子显微镜（SEM）测量压痕的径向裂纹尺寸，计算出断裂韧性为1．34MPam^-1/2。该结果与报道的结果基本一致。     

颗粒增强锌基复合材料断裂与断口分析

为探讨颗粒增强低熔点金属基复合材料的性能和断裂特性，扩大锌合金的应用范围，本项工作采用流变铸造法制备了ＳｉＣｐ／Ｚｎ，Ａｌ２Ｏ３ｐ／Ｚｎ基复合材料，对该材料进行了冲击韧性、弯曲强度、压缩强度等性能测试，观察了其断口形貌，分析了其断裂特性，提出了此类复合材料的断裂模式。文中还讨论了增强颗粒的表面处理、粒子含量、粒径大小、粒于种类、基体合金种类对复合材料性能的影响。     

基于线弹簧模型的焊接结构断裂可靠性分析

将表面裂纹断裂分析的线弹簧模型法与重要抽样法相结合,提出了一种可进行焊接结构断裂可靠性分析的新方法.采用该方法对典型焊接平板的断裂可靠性进行了分析,分析过程中考虑了材料特性、外载荷、焊接残余应力、裂纹尺寸等参数的不确定性,给出了结构的失效概率以及各随机变量的可靠性灵敏度,算例表明,断裂韧度KIC对结构可靠性影响最大,外...     

湿热环境对正交铺设层合剪切板自由振动及动力响应的影响

基于Reddy高阶剪切变形板理论，用双重Fourier级数展开法求得了材料物性参数受湿热环境影响的四边简支纤维增强正交铺设层合剪切板的自由振动及动力响应的解析解，并讨论了湿热环境及纤维体积含量对固有频率及动力响应的影响。     

带迎角钨杆斜侵彻铝板数值仿真研究

为研究迎角对钨杆斜侵过程的影响,开展了带迎角钨杆斜侵彻铝板数值仿真研究。仿真中采用SP H 方法,Shock状态方程和Steinberg本构模型。钨杆共有两种尺寸,分别为Φ10mm×23mm和Φ10mm×46mm。铝板厚10mm,撞击速度为2km/s,撞击角度为60°。为简化分析,将迎角分解为俯仰角和偏航角,其中俯仰角范围为-90°~90°,偏航角范围为0°~90°。对钨杆侵彻过程的分析结果表明:斜侵彻存在临界迎角,在临界迎角范围内钨杆所受力矩可忽略不计;在临界迎角范围外,钨杆将发生弯曲甚至折断。对钨杆的剩余质量分析结果表明:当偏航角为0°且钨杆未折断时,剩余质量只在较小的范围内变化;当俯仰角为0°时,剩余质量随迎角增加线性减小。对钨杆的剩余速度分析结果表明:偏航角对剩余速度的影响与俯仰角对剩余速度的影响基本一致,剩余速度曲线关于0°迎角基本对称。根据仿真结果,采用曲线拟合的方法给出了钨杆斜侵彻铝板的剩余速度经验公式。     

LaNbO4-MoSi2复合陶瓷的制备及力学性能

采用高温固相反应法合成了LaNbO4粉末,并通过热压法制备了LaNbO4-MoS i2复合陶瓷材料。通过扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射仪进行试样显微组织结构和断裂特征分析,测试了其显微硬度、抗弯强度和断裂韧性等力学性能。实验结果表明:合成的LaNbO4粉末有少量未反应的La2O3剩余,固相反应前原料粉的高能球磨使得反应后LaNbO4结构由单斜相变成以四方相为主。LaNbO4-MoS i2复合试样与单相MoS i2相比,其晶粒明显细化,致密性提高,强度、硬度和断裂韧性均有较大提高。采用具有畴切换增韧特性的LaNbO4颗粒作为一种新的增强剂对MoS i2基陶瓷进行复合改性具有一定的研究价值。     

爆炸载荷作用下带裂纹试件修补后动态断裂实验研究

本文采用用爆炸冲击加载装置，对带裂纹韧性材料三点弯曲试件，进行了裂纹修补后的动态断裂实验研究。实验结果表明，在强冲击载荷作用下，带裂纹试件修补后的抗断强度可提高２－３倍。因而证明，裂方修补技术用于韧性材料的强冲击载荷作用下的防断裂问题有意义的。也是可行的。同时本文运用全塑性应力分析，给出了修补后试件纹启裂时的材料动态裂韧性ＣＴＯＤ的实验结果。