复合材料迭层板孔边应力集中分析

采用平面４节点等参元方法，研究含中心圆孔复合材料迭层板孔边应力分布规律，对比分析了边距、铺层、材料性能常数、外载等因素对孔边应力集中的影响。     

含金属预埋件碳纤维层合板在单向拉伸载荷作用下的强度分析

基于工程中金属预埋件在复合材料层合板中的应用情况,建立了含圆柱形金属预埋件和含阶梯形金属预埋件碳纤维/环氧树脂层合板的三维分析模型.层合板中的单层板简化为三维正交各向异性材料.采用有限元方法对单向拉伸载荷下含金属预埋件层合板进行了应力分析,给出了单层板各主方向应力分布和金属预埋件的VON MISES应力分布.基于复合材料单层板的最大应力强度准则给出了两种分析模型的极限载荷.分析结果表明,两种预埋件层合板模型的首次破坏均发生在90°铺层,破坏模式均为树脂基体拉伸断裂.圆柱形预埋件层合板的损伤位于中心孔边约12点钟位置,阶梯形预埋件层合板的损伤位于铺层与金属预埋件台阶面边缘约6点钟位置.由于不连续纤维含量较大,阶梯形预埋件的极限载荷比圆柱形预埋件小18.03％.     

含孔有限大各向异性板的应力集中

 利用经典层板理论，将复合材料层板的弹性问题化归为均匀各向异性板求解，采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法，以Ｆａｂｅｒ级数和最小二乘边界配置技术为工具，提出了含孔有限大层板应力集中问题的级数解，详细探讨铺层形式、层板大小、椭圆度等诸参数的影响。     

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。     

用解析-数值混合法分析层合板的孔边应力

 含圆孔的层合板或各向异性板,在孔内轴销加载下的孔边应力分析,是一个比较复杂的问题。本文提出的解析-数值混合解法,为分析此类问题提供了新的途径。 首先,在作者所建议的力学模型的基础上,建立轴销的柔度方程和孔边等效节点载荷的解析表达式。然后,根据轴销与孔边相接触节点间所应满足的接触条件,综合应用上述解析表达式和有限元素法,建立分析孔边应力的基本方程。-最后,按本文所述递推回代公式进行求解。实例表明,计算结果与实验相符。     

磁性涂层碳纤维各向异性铺层板的反射率计算

对磁性涂层碳纤维各向异性铺层板反射率的计算是研究其结构吸波材料性能的基础.本文基于磁性涂层碳纤维单向板的电磁特性分析,研究了电磁波在磁性涂层碳纤维复合材料板中的传输特性.首先推导了单层各向异性复合材料板中的传播常数和波阻抗,在此基础上用传输矩阵法进一步推导了适用于带有磁性涂层碳纤维复合材料铺层板的反射特性.利用此计算方法求解了各向异性复合材料铺层板在不同极化入射电场、材料板不同铺层层数、方向、厚度下的反射特性.最终根据以上算法,开发出各向异性复合材料铺层板结构吸波材料反射率的优化设计软件.     

单钉机械连接孔边应力及失效分析

采用非线性Gap单元建立了复合材料层合板单钉连接有限元分析模型,并对五种不同铺层比例的层合板进行了计算,同时,还运用Hoffman失效判据对层合板进行了失效分析.根据计算结果分析了铺层比例对孔边应力分布、钉孔接触力分布和孔边失效系数的影响,得出最优铺层比例方案,其结论对复合材料层合板单钉机械连接设计具有一定的工程参考价值.     

层合板孔内轴销的应力和位移分析

随着科学技术的发展,在航空与航天结构中,复合材料层合板得到愈来愈广泛的应用。在层合板与层合板之间,以及层合板与金属构件之间,广泛采用螺接、铆接等连接形式（图1）。在外载荷作用下,孔与螺栓或铆钉等轴销类零件互相挤压。与一般金属板件不同,由于层合板为各向异性板,挤压应力沿孔边或轴销表面一般不再按余弦规律分布。为了分析层合板的孔边应力,许多作者对此问题进行了广泛的研究。但是,由于问题的复杂性,多数作者将轴销视为刚体,少数作者虽然将其视为弹性体,但将轴销的受力则简化如图2所示,即由作用在轴销中心的集中力平衡挤压力。显然,上     

含SMA纤维的复合材料层合板的应力集中实验与分析

 由于具有形状记忆效应, 埋入复合材料层合板中的形状记忆合金纤维, 相变后将产生很大的回复应力, 不仅改善了整个承载结构的机械性能, 而且改变了危险区域的应力分布, 降低了应力集中程度。针对带孔的复合材料层合板, 通过拉伸实验及测定应力集中因子, 说明形状记忆合金纤维对于承载复合材料构件孔边附近区域的应力集中有很好的抑制作用, 孔边应力集中因子最大可降低9%。     

铺层对复合材料层合板力学性能影响的研究

为了研究不同铺层角和铺层厚度对复合材料层合板力学性能影响,通过转换复合材料刚度矩阵,得到复合材料层合板等效弹性常数,利用Matlab软件将计算复合材料层合板等效为计算等厚度各向异性板,研究不同铺层角对层合板力学性能影响;基于此等效方法,利用Fortran程序计算机翼剖面刚度,研究不同铺层厚度对层合板力学性能影响。结果表明:铺层角对复合材料层合板有较大影响,其中以45°铺层角作为最外层的层合板力学性能最佳,其次为90°和0°铺层角;随铺层厚度增加,机翼剖面的剪切刚度、弯曲刚度和扭转刚度几乎呈线性增大。研究成果为分析与设计飞机复合材料结构提供参考。     

带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的有限元计算分析

主要对带孔复合材料板和螺栓连接复合材料板的三维应力进行计算分析。通过计算分析发现 ,带孔复合材料板在受单向拉伸时 ,在相同载荷 (面应力 )作用下 ,复合材料板的厚度对板的强度影响不大 ,随着厚度的增加 ,板上最大应力值变化不大 ;对于带孔板而言 ,孔的形状对孔周边应力集中程度影响比较大 ,孔为椭圆孔 ,并且长轴方向与载荷方向平行时 ,孔边应力集中程度比较小 ;而当椭圆的短轴与载荷方向平行时 ,应力集中程度最大 ;孔为圆孔时 ,应力集中程度介于上面两种形状之间。对于多孔复合材料板计算发现 ,多孔板在受拉作用下 ,各个孔周围应力分布与孔的位置有关 ,在距离板边沿越近的孔 ,其周围最大等效应力值越大 ;对螺栓连接板而言 ,螺栓的材料参数对板的应力分布影响不大 ,板上最大应力都位于孔的右端稍偏下位置 ;螺栓连接复合材料板在相同的载荷作用下 ,板上最大等效应力值随螺栓的弹性模量的增大也相应增大     

复合材料层合板开口补强技术试验研究

国内外学者对复合材料开口非对称补强做了很多研究,但主要集中在小开口的插层补强及共固化补强上。对用机械连接补强技术和插层补强技术补强后的层合板,进行拉伸和剪切试验;并采用有限元方法对补强后的复合材料层合板进行数值仿真,仿真结果与试验结果吻合得较好。经试验研究和数值仿真,得到各补强方案在各工况下的最大应变位置,并将不同补强方案进行对比。结果表明:插层补强方案优于机械补强方案。     

层板椭圆孔自由边缘效应

 复合材料层板的直边和圆孔自由边缘效应的三维应力分析,国内外已有不少的数值解和近似解析解。Rybicki等提出了各向异性板椭圆孔2维问题变换为圆孔问题的方法,本文论证了这种变换方法的3维情形,从而可根据圆孔自由边缘效应结果来估计椭圆孔自由边缘效应。     

复合材料机械连接件非线性接触应力分析

 <正> 近年来，复合材料非线性效应已引志广泛重视，但是复合材料机械连接件非线性效应的研究尚不多见。F.K.Chang采用余弦分布载荷假设和Hahn-tsai剪切非线     

Z-pin增强复合材料开孔层合板压缩性能

针对复合材料开孔层合板孔边应力集中而导致承载能力降低现象,采用Z-pin增强技术提高性能。重点了研究开孔层合板的压缩性能,制备了不同Z-pin植入体积分数的开孔层合板试样并进行了压缩试验,在试验基础上,应用有限元分析方法对Z-pin增强开孔层合板进行建模分析,基于渐进损伤分析法和内聚单元法模拟了复合材料基体以及Z-pin的增强效果。试验结果表明:Z-pin的植入可以显著提高开孔层合板的抗压性能,且随着Z-pin植入体积分数的提高,压缩性能不断上升,压缩强度最高可以提高23.06%;只有沿载荷方向,位于开孔两侧的Z-pin可以提高结构的承载能力;在Z-pin桥联力的作用下,降低了损伤的扩展速度,但并没有改变层合板的最终失效模式。模拟结果表明:压缩损伤从孔边向两侧扩展,位于层合板中心的铺层最先出现损伤,其中第6层与第10层的增强单元最先发生破坏。模拟计算结果与试验结果得到了较好的吻合,该有限元模型对于Z-pin增强复合材料开孔层合板的适用性得到了验证。      

含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为研究

分层损伤是复合材料层合板结构最主要的损伤形式,其主要由于制造缺陷以及受到外力冲击而产生。本文对含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为进行研究,首先利用RayleighRitz法对含圆形分层复合材料层合板进行二维模型建立,通过此理论模型可以计算出材料屈曲临界弯矩值以及在特定弯曲载荷下中心点的离面位移值。随后,采用三维数字图像相关方法对分层材料进行实验研究,得到了分层材料在弯曲载荷作用下的屈曲形貌以及其中心点的载荷—位移曲线。通过实验验证了理论的可行性与准确性,可用于对含圆形分层材料在弯曲载荷作用下屈曲临界弯矩以及中心点离面位移大小的初步估算。     

复合材料层合结构开口的非对称补强研究

中心开口的碳纤维复合材料层板的插层铺设非对称补强进行了孔边应力集中、应变分布、层间应力、损伤和强度特性的实验研究和理论分析,结果表明,本文采用的插层铺设非对称补强方式与顺序铺设补强方式相比,具有明显优异的补强效率,并能达到或超过对称补强的效率。