复合材料层合板位移分段折线假设的研究

 <正> 1.前言 复合材料层板现有位移假设很多,但有实用价值的却少。在常用的位移假设中,薄板理论仅限于薄板;Mindlin板理论虽然在一定程度上反映了层板的剪切效应,但因其不能准确地模拟断面翘曲而仅限于薄板和中厚板,分层折线假设虽然能较准确地模拟断面翘曲和反映剪切效应,但当层数较多时位移自由度变得很庞大而限制了其应用。本文提出了介于Mindlin板理论和分层折线假设之间的假设——分段折线假设,即把层板分为若干段（段数远小于层数）,每段含若干层。大量算例表明,分段折线假设具有较高的精度且自由度较少,尤其在层数较多时其优越性愈显著,具有较高的实用价值。文中提供了层板分段依据。     

复合材料层板低速冲击剩余强度的研究

 针对复合材料层板受低速冲击后的剩余压缩强度问题进行分析计算,把冲击破坏区看作一个含有随机分布裂纹的圆形不均匀体,采用有限元建模分析,结合冲击后层板的试验所得的载荷/ 位移关系,计算得到冲击破坏区的剩余模量。再采用有限元建模分析含圆形冲击损伤区的矩形复合材料层板,求解应力及最大位移,并依据最大应力破坏准则,预测复合材料层板的冲击后压缩强度,计算结果与试验数据的比较表明分析结果可靠。     

Z-pinned复合材料层板Ⅰ型裂纹的疲劳扩展

用数值模拟方法研究z-pin增强复合材料DCB层压板Ⅰ型裂纹的疲劳扩展问题。在理论模型中，将z-pin简化为一系列施加在DCB层板上的外力，这些力在裂纹扩展中对裂纹提供桥接力。基于试验观察，桥接力随疲劳载荷的衰减规律可假设为一个分一。段的幂函数。用一个指数函数表示复合材料DCB层板疲劳断裂韧性与疲劳循环次数的关系，并将此作为裂纹扩展的判据。分析结果表明，无论是位移控制模式还是载荷控制模式，z—pin可以有效地降低分层扩展速率。还就z—pin密度，z-pin大小等参数进行了分析研究。     

反对称正交铺层层板的热稳定

1.导言 复合材料结构在外载作用下力学响应由于温度的变化,层板的稳定问题的研究才刚开始涉及。热失稳问题在层板结构的应用中可能会产生,比如当宇航器在外层空间飞行时,由于受到太阳的幅射,温度改变而使层板失稳。国外有不少学者已开始这方面的研究,然而大都还限于经典理论范畴。本文提供的层板临界失稳温度控制方程是在Kirchhoff假设基础上考虑横向剪切变形影响后得来的,对于反对称正交铺设层板,可以找到解析解,并将结果与对称正交层板、经典理论结果作了比较,本文的结论对层板热稳定设计有一定     

受弯曲对称复合材料层板的层间应力分析

本文引伸了受均匀拉伸复合材料层板自由边界效应问题的准三维有限元理论,分析了受弯曲（±45）_s角交层板与正交对称层板中的应力响应。着重讨论了层板自由边附近及层间界面上的应力分布。与受均匀应变拉伸下的应力分布相比,受弯曲对称复合材料层板中的层间应力分布有许多不同的特点。本文的分析结果将有助于理解在复合载荷下复合材料层板的破坏模式与破坏过程。     

基于逐步破坏方法的复合材料层板拉伸破坏数值模拟

基于逐步破坏方法，对含冲击损伤的复合材料层板拉伸破坏进行数值模拟。和传统的刚度折减系数做法相比，能对复合材料层板内部不同部分的损伤给出比较合理的描述，有利于提高复合材料层板的承载能力，对于工程实际很有意义。最后将本文方法与有关文献的方法和试验结果进行了比较。     

混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能

为了考察混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能,采用碳纤维织物或玻璃纤维织物与芳纶纤维织物复合材料层共固化的方式,利用热压罐成型工艺制备了几种具有不同面密度及铺层结构的混杂纤维复合材料层板,并进行抗弹冲击性能测试、表观形貌观察和无损检测分析。结果表明:纯芳纶纤维及混杂纤维复合材料层板的钢弹冲击破坏模式相同,均为表层剪切破坏,中间层分层破坏,背层拉伸断裂破坏;层间混杂顺序对复合材料层板的分层缺陷面积有较大影响,当碳纤维层作为背层时,层板的分层缺陷面积为12 863. 6 mm2小于玻璃纤维层作为背层时(17 400. 5 mm2);当芳纶层作为背板时,混杂纤维复合材料层板冲击后分层缺陷面积与纯芳纶的相当(14 151. 0～14 927. 0 mm2)。混杂纤维复合材料对层板的抗弹冲击性能有较大影响,混杂后复合材料的弹道极限速度(v50)均有一定程度的提高,其中玻璃纤维/芳纶复合材料的v50从纯芳纶复合材料层板的193. 08提高至204. 33 m/s。将碳纤维层或玻璃纤维层作为着弹面层的混杂纤维复合材料层板具有更优异的抗弹冲击性能,其贯穿比吸能(BPI)均优于纯芳纶复合材料层板。     

SMAs复合材料层板大变形分析计算

利用ANSYS软件对形状记忆合金复合材料层板进行了建模计算分析，采用SHELL99板单元和LINK8杆单元耦合的方法，对复合材料层板进行了力学特性分析，并与试验结果进行了对比，两者吻合良好。这为复合材料层板形状控制以及设计和应用记忆合金复合材料智能结构打下了基础。     

复合材料层板断裂韧性的实验研究

本文应用各向异性线弹性断裂力学的理论和方法对复合材料层板的断裂特性进行了实验研究。文中采用三种不同的方法,即K标定法、J积分法以及能量法测定了3240玻璃钢和碳/环氧层板两种复合材料的断裂韧性。三种方法均给出了较为满意的结果。     

碳纤维环氧复合材料层板的应力集中系数研究

本文从解析和实验两方面系统地研究了在单轴拉伸载荷下碳纤维环氧复合材料含圆孔的15种铺层和5种板宽孔径比的层板的应力集中系毅K_(18)~c,包括给出K_(18)~c随板宽孔径比和铺层比例变化的曲线族。对于常用的各向异性度不是很大的复合材料层板,按均质正交异性弹性理论计算与实验结果符合得相当好;而对于各向异性度大的层板,计算值明显低于实验值。     

An advanced five-unknown higher-order theory for free vibration of composite and sandwich plates

Accurate prediction of dynamic characteristics is quite critical to understand the strength of layered structures. Nevertheless, the existing five-unknown higher-order theories encounter difficulties to forecast accurately the dynamic response of sandwich structures. Therefore, a new five-unknown higher-order theory is developed for free vibration analysis of composite and sandwich plates, which possesses the same degree of freedom as those of other five-unknown higher-order theories. The developed model can meet beforehand interlaminar continuity conditions and the free-surface conditions of transverse shear stresses. To assess capability of the proposed model, analytical solution for such composite structures with simply-supported conditions has been presented by employing Hamilton’s principle, which is utilized for analysis of mechanical behaviors of composite and sandwich plates. Compared with the three-dimensional (3D) elasticity solutions, 3D finite element results and the results obtained from the chosen five-unknown higher-order models, the proposed model can yield accurately natural frequencies of composite and sandwich plates. Even for the thick plates, the higher-order frequencies calculated from the proposed model are in good agreement with the 3D finite element results. By studying effect of the thickness/length ratios on natural frequencies, it is found that the proposed model is adaptable to predicting natural frequencies of the sandwich plates with the thickness/length ratios between 1/4 and 1/100. In addition, some factors influencing accuracy of five-unknown higher-order models have been investigated in detail. Finally, by means of numerical analysis and discussion, some conclusions have been drawn as well, which can serve as a reference for other investigators.     

Dynamic analysis of the composite laminated repaired perforated plates by using multi-patch IGA method

The bonded repair techniques seem to be the most frequent procedures in the aviation maintenance. The achieved composite repaired perforated thin-walled plate is a complex geometry with high numerical analysis cost. The NURBS-based Isogeometric Analysis (IGA) proposes a sensible and affordable tool to carry out such geometry analysis. In this context, a well-known technique is to divide the original geometry assembly into number of simple neighbors connected geometries. In the present study the free vibration analysis of the perforated plates repaired on one side with an external bonded composite laminated patch is investigated. A multi-patch geometry modeling approach is implemented in line with the first order shear deformation theory of plates. In order to hold the geometry integrity and uniformity, all the degrees of freedom between adjacent geometry patches are completely tied through implementing a Nitsche method. To show the effectiveness and accuracy of the developed formulation, some representative results are extracted and compared with those from literature. The effects of geometrical as well as material parameters including boundary condition, cutout shape, and repair layup on the dynamic response of the repaired perforated plates are then investigated.     

2.5维编织树脂基复合材料平板多尺度动力学模型修正

在2.5维编织树脂基复合材料多尺度固有振动分析的基础上,开展基于实测结构模态数据的复合材料平板动力学模型修正研究,以获取精准反映其动力学特性的模型。首先,建立复合材料平板固有频率对弹性参数的灵敏度分析方法,分析了平板固有振动特性的主要影响因素;其次,建立基于灵敏度分析的复合材料多尺度动力学模型修正方法,形成了基于MSC.NASTRAN平台的模型修正程序。最后,利用实测结构模态测试数据,实现对复合材料平板动力学模型的修正。结果表明,对关键弹性参数进行修正后,不同边界条件和纱线走向的复合材料平板试验件固有频率实测数据与仿真数据的最大误差由10.44%下降至2.39%,相关性得到了大幅改善。此外,所提出的自由模态测试方案结合动力学模型修正方法,为复合材料等效弹性参数的试验辨识提供了新的技术途径。     

纤维增强及匀质层层叠板动力分析的解析与半解析方法

本文引入复合板条振型函数系列,提出二种层叠板解法。一种纯解析法适用于各种边界条件的矩形层叠板的动力计算;另一种半解析半数值方法适用于任意形状、任意边界的层叠板动力计算,比现有数值计算方法节省大量内存与时间。文中还给出了一系列常用层叠板计算公式。     

复合材料叠层板壳材料非线性有限元分析

 本文采用通用于复合材料叠层厚、薄板壳的Heferosis三维退化曲壳元,利用Hill屈服准则和层状模型法,研制了针对金属基复合材料叠层板壳进行弹塑性分析的超参元程序。算例结果表明,叠层板壳分析方法和所编程序是可靠的,精度良好。     

复合材料层板钉群连接载荷分配计算方法研究

采用有限元方法对复合材料层板钉群机械连接载荷分配进行了研究,考虑钉弹性与层板厚度的影响,文中针对两种计算钉群载荷分配的工程化计算模型进行了对比分析,指出本文所采用模型的合理性,并以单排三钉为例通过计算结果与试验结果对比,证明本文所提出的计算模型有效,且计算精度高,使用方便.本文研究了搭接形式以及钉间距对钉载荷分配的影响,并对航空结构中常见的几种规则与非规则排列钉群连接载荷分配进行了分析计算与研究,得出的结论为复合材料层板多钉连接设计提供了有用的工程参考价值.     

一种含分层复合材料层合板高阶理论及有限元模型

本文提出了一种新的复合材料县合板高阶弯曲位移模式。此模式考虑了横向剪切的影响,得到一种新的厚板有限元模型。对于含有分层的单元,通过改变其单元内横向剪切应力的分布,达到改变单元刚度的目的。因此,此模型适用于任何厚度的或含有分层的复合材料层合板。     

2.5维树脂基编织复合材料平板固有振动分析

开展2.5维T800碳纤维/BMP350聚酰亚胺树脂编织复合材料平板结构固有振动特性的仿真分析与试验研究。首先，分别采用多尺度分析方法和细观尺度有限元分析方法预测复合材料悬臂平板的固有振动特性。其次，开展了复合材料悬臂平板的模态试验，获取其固有振动特性的实测数据。与试验结果对比，仿真预测固有频率最大误差在10%以内，验证了上述两种固有振动分析方法的有效性，可为后续2.5维树脂基编织复合材料叶片的动力学性能分析与设计研究提供参考。      

叶轮间隙差引起激振实验器的研究

叶轮相对机匣存在几何偏心时, 作用在叶片上的气动力将会产生使转子发生失稳的横向力。经实践探讨, 对其实验设备进行了设计尝试并经多次调试改进, 终于获得了设计这项实验器的可行方法, 经实用证明成功的捕捉到不同条件时Alford力值。