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。     

含边界和损伤因素的纺织复合材料细观胞元模型

纺织复合材料的细观力学分析通常以胞元模型为基础,胞元边界条件的合理施加是获得精确分析结果的关键之一。本文以平面机织复合材料为例,讨论了细观胞元的选取和周期边界条件的施加方法,在此基础上建立了二维细观有限元模型,通过与全厚度模型分析结果的比较,研究了周期胞元模型的合理性,特别是边界效应和局部损伤等非周期因素对分析结果的影响,给出了这些因素下胞元边界条件的处理方法。     

碳纤维复合材料制孔损伤的数值分析

正碳纤维/环氧树脂(Carbon/Epoxy,C/E)复合材料由于具有比强度、比模量高,耐腐蚀等优点,被广泛运用在航空航天、军事、能源、建筑等领域。在航空航天领域,大型复合材料构件的装配过程需要通过大量铆接或螺接孔进行连接,制孔质量成为影响此类构件强度和使用寿命的关键因素。然而,由于C/E复合材料具有各向异性、非均质性、层间结合强度低等特点,在制孔过程中极易出现分层、     

GFRP湿致拉伸强度老化的细观力学研究

研究了湿热老化对环氧树脂基复合材料拉伸强度的影响.首先进行了玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber re-inforced polymer,GFRP)的吸水性和湿致拉伸强度退化试验,试验结果显示该GFRP的吸湿行为符合Fick定律,其抗拉强度在湿热老化早期显著降低,然后逐渐平缓.然后,提出了单向纤维增强复合材料细观...     

光纤光栅传感器对非均匀应变场的响应特性

提出利用测量位置处光栅传感器的光谱特征反推该处对应的应变分布状态的方法。采用改进的传递矩阵方法，模拟了不同应变分布函数对应的光谱响应，分析了其基本特征参数同应变分布之间的变化规律。通过有限元仿真计算试验件在弯曲载荷下光栅粘贴处的应变分布，重构了传感器的光谱，并将其和应变分布函数的理论计算光谱图进行比较，验证了应变分布形式与反射光谱特征的关联性。构建带有不同半径圆孔的铝合金板孔口弯曲加载试验系统，测试试验件弯曲挠度和孔径大小与反射谱特性的关系。理论及试验结果表明，实测与仿真计算的谱图变化具有相同规律，光谱特征参数可作为预测铝合金孔径的有效指标，并为其他类型结构的应变场变化规律的监测提供参考依据。     

纤维增强韧性基体复合材料界面损伤分析

用基于内聚力的界面模型分析了纤维增强韧性基体复合材料的界面损伤,研究了连续纤维增强复合材料受横向荷载时,诸如纤维排布方式、纤维体积占有率以及纤维和机体模量比等细观参数对界面损伤和材料拉伸强度的影响.研究发现,当纤维体积占有率和纤维模量提高,以及纤维按四方排布时,虽然能增加复合材料刚度,但纤维与基体的界面更容易损伤.当界面脱粘现象存在时,复合材料的拉伸强度主要由界面强度决定.     

三维机织复合材料的一个细观力学模型

根据三维机织复合材料中细观几何和变形的周期性,提出了一种反映细观周期约束条件的组合梁单元模型,该模型既考虑了纤维束的偏轴拉压效应,又考虑了纤维束的弯／剪耦合效应和纤维束之间的相互作用,可以描述纤维束和基体中的细观应力分布。针对一种典型的三维机织复合材料,研究了根据编织参数确定材料细观结构的方法,在此基础上选取材料中最小周期的一段纤维束作为分析胞元,用上述模型分析了面内拉伸荷载下胞元中各相材料的细观应力,进而得到材料平均的宏观模量。材料试验和二维细观有限元分析证明了本模型的可靠性。研究表明,三维机织复合材料中,纤维束拉、弯耦合效应引起的细观应力在应力分析中不可忽略。     

平面机织复合材料在剪切载荷下损伤刚度折减分析

采用三维实体有限元方法,结合周期性边界条件,分析了平面机织复合材料在剪切情况下损伤的起始、扩展、直至最终破坏的全过程。分析中抛弃了以往损伤研究中采用的“单元消失“技术,对破坏的基体单元和纤维束单元均按方向进行刚度折减。制作了纵横剪切试件并进行了相应的试验。计算结果和试验结果吻合良好,证明研究方法的正确性。     

三维编织复合材料吸湿的有限元分析

正三维编织复合材料是指采用三维编织技术获得具有整体结构的预制件,并通过一定的加工成型方法与基体材料复合而成的一种高性能复合材料。相较于传统层合复合材料,三维编织复合材料层间性能更加优异,抵抗分层和冲击损伤的能力更强。然而,三维编织复合材料在实际使用中不可避免地会暴露于复杂的外部环境中,疲劳载荷和极端的温度、湿度、辐射等因素会使得复合材料力学性能急剧下降,从而造成一定的安全隐患。在这些因素中,     

FLEXURAL CAPACITY OF RC BEAM STRENGTHENED WITH PRESTRESSED C/AFRP SHEETS

A method for strengthening concrete structures by prestressed intraply hybrid C/AFRP sheets(composed of aramid fiber and carbon fiber)is proposed,aiming at overcoming shortages of some current strengthening methods.The bending capacity of beams strengthened by prestressed intraply hybrid C/AFRP sheets is analysed.The result shows that the bending resistance,the extending performance and the economical efficiency of intraply hybrid fiber sheets are better than those of interlaminar hybrid fiber sheets and single-fiber sheets.Moreover,prestressed intraply hybrid C/AFRP sheets can improve the performance of the strengthened beam,effectively inhibit the expansion of the cracks,and reduce distortion and risk of early failure.