基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析

基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能传递到宏观复合材料中,计算了湿热环境中复合材料的细观应力场。结果表明:FVDAM采用子胞边界平均位移作为未知量,使本构模型中的未知量总数大为减小,相对提高了模型的效率,但这些方程都是建立在平均意义上的,因此预测的应力场存在一定的不连续性;湿热环境下,前期的吸湿有缓解热残余应力的作用,随着时间的增加,吸湿的影响逐渐超过热残余应力的影响。     

开孔变刚度层合板压缩屈曲性能研究

针对开孔变刚度层合板,建立3种尺寸的层合板有限元模型,采用了线性屈曲、引入残余热应力的线性屈曲和引入初始缺陷的非线性屈曲的3种分析方法,研究了开孔层合板在压缩条件下的屈曲行为,并通过自动铺丝制造层合板进行试验对比,对3种方法的合理性进行了分析。结果表明,引入残余热应力的线性屈曲分析方法与试验结果最吻合,两者仅相差0.63%。基于该方法,讨论开孔层合板残余热应力分布特点和应力水平,得出了开孔层合板的应力分布云图和应力分布规律,计算出残余热应力对开孔复合材料层合的屈曲影响。结果表明,残余热应力对传统直线开孔层合板的屈曲载荷影响很小,仅提高了3.57%,但大大提高了变刚度开孔层合板的屈曲载荷,最多可达23.40%。说明纤维曲线铺放可以改变内部残余热应力的分布,提高整个开孔层合板承载压缩载荷的能力。     

复合材料拉伸剩余强度及其分布

复合材料剩余强度是强度退化疲劳寿命预测模型的基础，本文研究了连续纤维树脂基复合材料（ＦＲＰ）的剩余强度随疲劳载荷加载次数退化的规律，按照ＦＲＰ疲劳损伤的产生和发展的规律，提出了一个ＦＲＰ剩余强度退化的模型，并得到了大量的实验结果的支持。在此基础上提出了一个复合材料剩余强度退化的统计模型：在寿命的初始，剩余强度即为静强度，服从Ｗｅｉｂｕｌ分布；在寿命结束时，即为疲劳强度，服从Ｗｅｉｂｕｌ分布；在不同时刻剩余强度也服从Ｗｅｉｂｕｌ分布，且其方差随加载次数线性变化     

具有光纤神经系统的新颖复合材料结构的发展及展望

本文综合介绍了近年来国外迅速发展的具有光纤神经系统的新颖复合材料结构的研究成果及发展趋势。提出了埋设于复合材料内部的光纤系统将成为未来飞行器结构的“神经网络系统”而使结构成为“智能结构”等新概念。文章较详细地阐述了这种新颖结构在制造和使用过程中在应变、变形、固化、损伤、疲劳等检测方面的具体应用及发展趋势。     

SiC/Al2O3纳米复合材料压痕周围残余应力的压谱特性研究

提出了用拉曼显微镜测试 Si C/ Al2 O3纳米复合材料表层 V氏压痕周围残余应力的新方法。试验结果表明 ,其荧光光谱 R曲线峰频率随离压痕中心的距离大小而变化 ,压头施加在材料上的载荷的大小 ,严重影响 R曲线频率的变化。文中假定应力张量横向各向同性 ,并以加压之前材料的荧光光谱作为基值 ,确定压痕周围的残余应力。最后 ,采用等静应力解释并比较了压痕周围残余应力与压痕载荷、离压痕中心距离之间的关系。     

基于连续损伤模型的复合材料波纹梁压溃分析

复合材料的耐撞性受到了广泛重视,而波纹梁因其优异的抗屈曲构型被广泛应用于飞机翼梁和直升机底板等经常发生碰撞的结构中。进行了复合材料波纹梁的屈曲分析,研究了高度对波纹梁破坏模式的影响。建立复合材料波纹梁的连续损伤单波模型,层内基于Hashin判据建立含损伤因子的损伤刚度矩阵,层间根据二次名义应力准则和B-K准则模拟损伤演化,并通过典型复合材料波纹梁压溃试验验证了所建立模型的正确性。基于单波分析模型,通过施加周期性边界条件和反对称边界条件,研究了多波结构的吸能特性。     

基于剩余强度的复合材料补片形状优化研究

以复合材料层合板的圆形孔洞损伤为例,利用三维有限元模型分析了六种不同形状补片修补结构在受纵向拉伸时的应力分布情况.分别仿真了常规形状的补片以及混合型形状的补片修补情形,同时利用由剩余强度理论和局部应力应变法相结合得出的数学模型,对各种修补模型进行了剩余强度的计算.通过计算得出,带倒角矩形、两圆相交型等混合型补片对损伤母板进行修理后其强度恢复明显,应力峰值较小.混合型形状补片对复合材料贴补修理有一定的指导意义.     

三维编织复合材料力学性能的实验研究

本文考察了三维编织方法的发展历史及应用背景,针对不同的编织方法,研究了所产生的编织复合材料基本“单胞”结构,以及不同编织参数对复合材料构件基本力学性能的影响,着重比较研究了二步法及四步法所形成构件与层合板构件的结果。采用反射光弹技术考察了编织复合材料的孔边应力集中现象,得到了有益的结果。本文针对三维立体织物的特点,研究使用了RTM成型工艺,得到了较好的编织试验件。     

Method for Measuring Residual Stresses Induced by Boring in Internal Surface of Tube and Its Validation with XRD Method

Residual stresses can have a strong effect on the usability of machined parts,and the X-ray diffraction(XRD)measuring equipment,which is commonly used to measure residual stresses,is very expensive.This paper presents a method of measuring the residual stresses induced by boring in the internal surface of a tube with much cheaper equipment.The method,called the strain-based method is mainly based on the strains measured on the external surface of the tube.It is proposed on the basis of the very long tube assumption.The finite element method(FEM)analysis is thus used to validate the length of the tube.Guided by the FEM results,an appropriate length of the tube is chosen,and the residual stresses are obtained from both the strain-based method and the XRD method.Stress profiles obtained from both two methods are compared.The comparison result indicates that the profiles of the two methods agree well with each other.Therefore,it can be concluded that the accuracy of the strain-based method is high enough,and it can be applied to residual stress measurement in practice.     

Mechanical Behavior of Plastic Pipe Reinforced by Cross-Winding Steel Wire Subject to Foundation Settlement

Plastic pipe reinforced by cross helically wound steel wires(PSP)is a new plastic-matrix steel composite pipe developed in China.To investigate the stress of PSP under foundation settlement,a finite element model(FEM)is proposed.The stresses and strains of PSP are obtained by the FEM analysis.The mechanic behavior of PSP subject to a foundation settlement is analyzed.Finally,the influence factor analysis of settlement deformation,such as settlement depth,overlying soil depth,diameter of PSP and inner pressure of PSP,are discussed.     

空心光纤埋入环氧树脂复合材料中的影响与应用研究

首次提出利用空心光纤灌注胶液的方法进行复合材料的自诊断与自修复.文中具体分析了空心光纤的传光机理,介绍了利用空心光纤进行复合材料断裂位置测量的原理、方法和实验研究.依据国家有关的复合材料测试标准对环氧树脂复合材料埋入与不埋空心光纤进行了对比实验,实验结果表明空心光纤埋入树脂基复合材料中对其性能的影响是比较小的.因此,该方法在工程结构中极有应用价值.最后,给出了正在进行的研究系统的一个应用事例.     

“旅游者”号(AD-100)复合材料超轻型飞机的制造

本文分析了“旅游者”号(AD-100)超轻型飞机的结构工艺性,包括全玻璃钢复合材料结构的工艺协调方案的选定,和所采取的独特的制造工艺方法。经数架飞机的研制表明,所采取的措施是可行的、有效的。 文中还简要地探讨了复合材料及其胶接结构的无损检测问题和“旅游者”号超轻型飞机的零部件向完全互换过渡的解决途径。     

三维机织复合材料的细观力学分析

建立了一种三维机织复合材料的细观力学模型。模型包括两相：一相为纤维束，另一相为基体材料或横向的纤维束。该模型考虑了纤维束弯曲所引起的附加剪切。讨论了根据织造参数确定机织复合材料细观结构的方法。将上述理论用于一种实际的碳／环氧三维机织复合材料的分析，研究了细观应力分布的特点，并用平均化方法得到了材料宏观的模量，分析结果与试验数据吻合良好。     

声发射信号的时序分析法在磨削烧伤预报中的应用研究

高温合金、表面硬化钢、钛合金等难加工材料，由于具有热稳定性好、热强度高、耐腐蚀、抗磨损性能好等特点，因而被广泛应用于航空航天等工业部门中。但该类材料在磨削加工中极易出现磨削烧伤现象，降低了工件表面完整性，对零件的使用性能产生不利的影响，制约生产率的提高。本文在对高温合金（ＤＺ４）磨削过程中产生的声发射信号特性进行深入分析的基础上，应用时序分析法，建立起关于磨削过程中声发射信号的自回归时序模型，探讨磨削烧伤的在线监测和预报。研究结果表明，声发射信号功率谱结构变化能真正反映磨削烧伤发生与否，自日归时序模型参数及残差方差对工件表面状态变化敏感，均可作为特征参量进行磨削烧伤在线预报。     

埋入式光纤应变传感器

埋入式光纤应变传感器是近年来随着智能复合材料的发展而发展起来的一项新技术，将传感器和致动器埋置于复合材料中，就形成了智能复合材料，而光纤传感器具有尺寸小重量轻的特点，当把它们直接埋置于复合材料中时，它们也能在恶劣的环境下工作，它们的这些特点晨常适合于制作埋入式传感器，并且能大大提高智能复合材料在航天等方面应用的潜力，本文仅对智能复合材料中的光纤应变传感器进行了探讨，介绍了几种常见的埋入式光纤应变传     

小孔法测量非均匀残余应力的数据处理与误差分析

讨论了逐层钻孔法测量非均匀残余应力的释放应变处理和测量误差对残余应力计算精度的影响。利用转换应力、转换应变，可方便地计算残余应力值。受小孔法本身缺陷的限制，计算所得残余应力误差随孔深增加而加大，测量深度约为应变片平均半径的一半。     

基于BP神经网络的含褶皱复合材料强度预测

利用BP(Back propagation)神经网络处理多参数问题具有的非线性映射及泛化能力,构建了具有3层隐藏层的神经网络,对含纤维褶皱复合材料层合板的压缩强度进行预测。基于LaRC失效准则建立三维损伤模型,对含褶皱复合材料的压缩失效进行数值分析。将数值分析结果作为数据样本对神经网络进行训练。采用黄金分割法快速确定最佳隐藏层神经元数量区间范围,并通过分析对比不同数量神经元模型的强度预测结果及评价指标,确定具有高预测精度的隐藏层神经元数量。结果表明,所构建的神经网络预测最大褶皱角为5.6°、9.9°和11.4°的3种层合板失效强度误差分别为3.4%、4.6%和-0.01%。本文所发展的基于BP神经网络对复合材料强度进行预测的方法,为工程应用中复合材料强度评估提供了一种有效的途径。     

复合材料翼面结构满足颤振速度约束优化设计

本文对复合材料翼面结构进行了满足颤振速度约束的最小重量设计。目标函数为结构重量,颤振速度及工艺尺寸要求为约束条件,运用可行方向法求解优化问题。文中用双三次多项式来模拟翼面复合材料蒙皮厚度,多项式系数及其他有限元的厚度或横截面积为设计变量,通过变量成组减小设计规模,用解析法求颤振速度对设计变量的导数。文后用本法对两个机翼盒段模型进行了优化设计。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

植物纤维水泥复合材料复合机理

一年生植物纤维水泥复合材料是一种具有广阔应用前景的新型复合材料。它是以一年生植物──农作物秸杆（碎料）为增强纤维，水泥为基体（并起粘结剂作用），经特定工艺成型的复合材料。本文从复合材料力学的观点出发，对这种复合材料的复合机理，包括其增强相、基体相、界面相及其复合效果等方面进行了研究。结果表明：在添加剂的成功使用下，一年生植物纤维和水泥取得了良好的界面复合效果，其主要力学性能已达到或超过了与之相似的木质水泥刨花板。