基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析

建立了基于连续介质损伤力学(CDM)的中等尺度复合材料层合板三雏渐进损伤分析模型.模型中损伤材料本构方程采用对应于不同损伤模式的内部状态变量进行描述,材料失效准则采用三维HASHIN准则.分析了含孔复合材料层合板压缩试件.计算强度与试验数据的吻合表明该模型可用于预测舍孔层合板的压缩强度,同时该模型可以预测层合板的失效模式以及损伤发生、扩展直至最终破坏的整个过程,并且该模型具有较好的计算收敛性.     

全尺寸火箭发动机壳体破坏实验及其在轻重量设计中的应用

为更好地设计并达到导弹系统的设计要求,对火箭发动机壳的轻重量设计引进新的设计准则是很重要的。这个设计准则要求参照材料双轴极限强度来取的壳结构的安全度。这种材料的双轴极限强度一般都是通过缩尺柱形箱体破坏试验取的。但是由于半径/厚度之比不同,工程师经常对缩尺模型数据用于全尺寸导弹壳体有疑议。此外,计算火箭发动机壳体园柱部分双轴应力场中主应力的强度理论是用Huber-Henkey-VonMises破坏能量理论。然而这理论的基本推导是基于虎克定律,所以限制这个理论最大使     

统一强度理论下受特殊荷载的简支圆板极限荷载统一解

对于线性和均布荷载共同作用下的简支圆板,本文采用统一强度理论对其进行了塑性极限分析。考虑了两种作用形式,分别得出了统一解。利用该解可得出一系列不同屈服准则下的解析解和极限荷载随不同屈服准则的变化曲线。在统一强度理论中,不同的b值得到不同的屈服准则,对应不同的工程材料,其中α可根据实际的工程材料拉压强度比确定。当α≠1时,统一强度理论适用于拉压强度相同的材料,当α≠1时,适用于拉压强度不同的材料。已有的Mises解是本文解的特例,从文中的统一解得知,正确认识材料强度并合理运用屈服准则对发挥材料潜能具有重要意义。     

复合材料强度理论述评

本文综述了关于复合材料的各种经验强度理论。首先简要地介绍了基于破坏模式相互独立假定的强度准则,这些准则通常以几个相互平行的表达式表达。然后叙述根据破坏模式相关假定建立的多种强度理论,重点讨论了张量多项式型的强度准则,这些准则以应力分量的统一的表达式表述。简述了建立和验证强度准则的实验方法以及实验结果与理论的比较。     

3D C/C复合材料超高温剪切性能试验研究

C/C复合材料同时结合了纤维增强复合材料高性能、可设计性和碳素材料优异的高温性能和化学稳定性等优点，广泛地应用于固体火箭发动机喷管、高速飞行器头部与翼前缘等热端部件。怎样正确评价C/C复合材料的超高温力学性能，成为了其能否合理使用的关键因素之一。本文将基于C/C复合材料良好导电特性的试样直接通电加热技术与复合材料双切口压缩剪切试验技术（DNS）相结合，提出了一种可用于温度达3000℃的材料超高温剪切性能试验方法。利用该方法完成了3D C/C复合材料室温～2800℃温度范围的剪切性能试验研究，红外热像仪测试结果显示在试样标距区内温度场分布较均匀，全场应变测试系统测试结果显示在试样标距区内应变分布较均匀，室温下双边切口压缩试验方法与Iosipescu试验方法测试剪切强度具有好的一致性，该方法适用于C/C复合材料超高温剪切性能试验研究。3DC/C复合材料具有显著的剪切非线性，剪切强度在一定温度范围内随温度的升高而增加，在2400℃左右达到最大值，而后随温度增高而降低；材料的主要破坏模式为薄弱面的宏观裂纹扩展、纤维束剪切破坏与拔出。     

C/E复合材料带环肋叠层圆柱壳在均匀侧外压作用下的稳定性

本文将碳纤维/树脂复合材料当作正交异性材料,采用线弹性理论,将带肋圆柱壳的环肋看作单向应力状态下的连续分布的壳层处理,用Ritz法求得正交异性多层带密环肋圆柱壳总体稳定性方程和环肋间壳壁段稳定性方程,并做了便于工程应用的简化。对几种不同形状截面环肋的刚度参数计算,给出了具体表达式,提出了环肋材料铺设的刚度设计准则。用C/E复合带环肋截锥壳均匀侧外压试验作了部分验证。截锥壳用平均半径法做相当圆柱壳处理后,其理论值与试验值符合较好。     

一般强度理论及限制条件与主应力强度理论

本文从一般强度理论出发导出各向异性材料应力形式张量多项式强度理论,根据强度准则的外凸性得到应力二次形式强度准则的强度参数限制条件,并对各种特殊情况进行了讨论。该限制条件既可验证其强度准则的可用性又有助于实验确定基本强度参数。而主应力形式强度准则在应力空间给出一个椭圆型二次曲面如:椭球面,椭圆抛物面,回转抛物面,椭圆柱面或圆柱面等,但主应力空间这些曲面与主应力方向有关。因而得到强度准则在应力空间的几何解释。     

C/SiC复合材料的氧化行为仿真分析方法研究

对C/SiC复合材料高温氧化过程的准确预示，是提升C/SiC复合材料热结构设计水平的关键技术之一。本文结合C/SiC复合材料氧化机理、多孔介质流动理论和Fick扩散定律，得到了不同温度作用下C/SiC复合材料的氧化动力学方程并建立了氧化失重的数学表达式。开发了氧化扩展UEL子程序，对典型C/SiC复合材料试件氧化过程中氧、碳元素的分布和氧化扩展过程进行了分析，分析结果显示不同温度下的氧化失重与试验数据可以很好吻合。     

延性损伤的能量模型

本文采用材料在受力变形过程中耗散的塑性应变能定义材料的延性损伤变量,可以克服现有延性损伤变量定义的局限,完整地描述材料在延性损伤全过程中的损伤变化情况;实测方便,精度易于保证.文中还建立了相应的损伤演化方程和损伤材料的应力应变本构方程,由其可以获得众所周知的第四强度理论.     

界面韧性对C/SiC材料拉伸强度影响分析

C/SiC复合材料的损伤失效行为与内部微细观组分的原位力学性能的密切相关。本文通过多尺度建模结合渐进损伤分析，研究了微观界面层断裂韧性对C/SiC宏观拉伸强度的影响。微观渐进损伤分析表明不同界面层韧性可以产生两种损伤扩展模式，显著改变纤维束横向拉伸和轴向剪切强度值；基于三维Hashin准则的细观损伤分析进一步表明会对C/SiC的宏观拉伸强度产生8.2%的影响。本文的结果可以为C/SiC复合材料失效分析及优化设计提供支撑。     

混凝土靶侵彻计算的半经验法

在球形空腔膨胀理论基础上,通过不同强度混凝土材料的侵彻实验数据直接识别建立混凝土材料综合动态强度参数psd与混凝土材料无侧限压缩强度σ-b的经验关系式;从应力波表层损伤理论分析了混凝土表层“开坑区”的侵彻特性,提出“简化等效阻力线”的计算方法;指出球形空腔膨胀理论的阻力算式中取动阻力项系数B=1.5的合理性。理论分析和侵彻实验表明:本文方法适用于小弹侵彻混凝土靶、大弹侵彻混凝土靶和以混凝土材料为面层的部分多层复合靶的侵彻计算,克服了Forrestal半经验法的不足。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

F数缩尺法旋翼颤振动力相似模型设计

本文介绍用F数缩尺法设计直升机旋翼颤振相似模型的方法。文中首先根据微分方程,应用方程分析法建立了旋翼弯曲颤振的相似准则数,然后以Y-2复合材料桨叶为例,设计了缩尺比为1/5的旋翼颤振动力相似模型,得出了初步结论。     

带孔复合材料层板动态拉伸破坏的应变率效应

采用三维Hashin准则作为纤维束损伤判据,根据材料不同损伤模式制定相应的材料性能退化方案,并考虑应变率效应对材料的强度性能进行修正,建立含孔复合材料层合板的渐进损伤分析模型,模拟材料在不同应变率下的损伤破坏过程。通过动态拉伸试验,获得材料在不同应变率下的载荷-位移关系及孔边不同位置的时间-应变关系,讨论了应变率对材料拉伸性能的影响及试件孔边的应力集中情况。有限元分析结果与试验数据相一致,证明了本文所提出分析模型的正确性和有效性。     

基于C/S模式MIS系统的技术研究

本文以图书管理系统的开发为背景,分析比较了客户机/服务器的结构。讨论了基于C/S(C lient/Server-客户端/服务器)模式的PowerBu ilder8.0可执行文件的建立,数据完整一致性问题等两个方面的技术问题。     

含共线分布多裂纹板的剩余强度

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法，应用保角映射技术和Faber级数展开，导出在任意载荷作用下多裂纹板应力场的级数解，引入当量屈服应力修正裂尖塑性区，并利用Swift韧带屈服准则建立舍共线分布多裂纹结构的剩余强度分析模型，计算结果与试验结果吻合较好。文中还讨论了各裂纹参数对结构剩余强度的影响。计算结果表明，本文以当量屈服应力代替材料屈服应力，避免了复杂的弹塑性分析，思路简单有效。便于工程应用。     

胶接接头的微损伤特征值和破坏过程的声发射研究

金属胶接结构的破坏受胶层中微损伤活动过程的控制。本文在大量理论计算的基础上,对不同胶接剂—被接材料的组合,进行了微损伤活动的声发射研究。测定出刻画微损伤活动的特征值。这个实测值与理论计算结果是相当吻合的。由于篇幅关系,本文仅介绍了这项实验工作,并讨论了实验结果。有关理论计算部分拟另文发表。在确定了微损伤临界特征值之后,本文提出了一条胶接结构的强度设计准则,依此准则,将保证胶层无损伤的承载,从而提高了胶接结构的可靠性。由于该实验是在国外完成的,所用仪器、材料均系国外产品,特此说明。     

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。     

平纹编织C/SiC复合材料热残余应力的模拟和分析

通过对平纹编织C/SiC复合材料SEM照片精确测量,获取了纤维束的几何参数,并以四参数正弦函数为拟合方程,得到了RVE的建模曲线方程,并建立了RVE的三维有限元模型。采用间接耦合的降温法,模拟计算了C/SiC复合材料的轴向热残余应力,其计算结果与理论值接近;并分析了制备温度以及纤维体积含量对热残余应力的影响。     

复合材料层合板冲击后剩余强度的工程估算方法和有限元模拟分析

为研究复合材料层合板冲击后剩余强度(CAI)的计算,本文给出了两种方法:工程估算和有限元预测.工程估算是将受冲击损伤的复合材料层合板简化为正交各向异性带孔板,按照Nuismer-Whitney平均应力准则,计算正交各向异性带圆孔板的破坏强度.作为层合板冲击后剩余强度的估算值.有限元方法则是采用Hashin失效准则和Tan的刚度降准则,在ABAQUS软件中自编UMAT材料损伤子程序,进行带孔层合板的损伤强度预估分析.结果表明,工程估算方法和有限元方法的计算结果均与试验结果相差不大,两种方法均可作为工程中估算剩余强度的有效方法.