C/SiC复合材料液相渗透连接应力的数值模拟与验证

采用有限元和试验两种方法研究了复合材料孔隙率对在线液相渗透连接接头残余应力的影响.利用ANSYS有限元分析软件,建立了计算2D及3D-C/SiC复合材料连接接头残余应力的有限元几何、物理模型,分析了复合材料中孔隙率对连接接头残余应力的影响.同时,通过试验测试了不同孔隙率对连接强度的影响,其试验结果与计算结果一致,证明了所提出的计算方法的正确性.     

考虑分层损伤的复合材料螺栓连接强度预测与损伤分析

针对传统复合材料损伤分析方法未考虑界面层的损伤问题,基于三维累积损伤分析方法和内聚力模型方法,建立一套能够综合考虑面内损伤和层间损伤的复合材料螺栓连接数值分析模型。通过对两种典型复合材料单钉接头进行强度分析,表明该计算方法比传统有限元方法具有更高的精度。基于该模型,对接头层合板的分层扩展以及拧紧力矩对接头强度和分层扩展的影响进行研究。结果表明:分层扩展方向和层合板断裂方向是一致的;拧紧力矩对连接强度有明显提高作用,并且对孔边分层扩展有抑制作用。     

复合材料与金属毛化连接试验及仿真分析

针对典型复合材料层合板与钛合金的电子束毛化连接问题,进行了典型拉伸破坏试验,建立有限元细节模型及整体模型,并进行了数值模拟,将分析结果与试验结果进行对比,显示了二者在毛化连接区域的损伤扩展过程、破坏载荷及破坏模式方面基本一致。该数值分析方法可以用于研究复合材料与金属毛化连接。     

纤维增强钛基复合材料结构强度计算模型建立与修正方法

为了对SiC纤维增强钛基复合材料结构强度进行准确预测,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,对复合材料强度进行计算。建立了复合材料层合板的有限元仿真计算模型,对复合材料层合板在横向拉伸与压缩载荷作用下的损伤演化及失效强度进行预测,并进行试验验证。建立细观力学代表体积元（RVE）模型,对模型施加周期性边界条件,实现横向拉、压载荷下基体的应力集中系数以及失效强度的计算。考虑结构实际受载中,复合材料的界面开裂对横向强度的影响,对模型进行修正,分析界面开裂的过程,计算修正后模型的应力集中系数以及失效强度,修正后的模型预测精度提升6.51%,与试验值误差为24.17%,验证了纤维增强复合材料强度计算方法的有效性。     

纺织复合材料力学性能数值模拟方法研究进展

以各类织物作为增强体的纺织复合材料具有复杂的细微观结构,且表现出明显的多尺度结构特征,通常基于连续介质力学的理论方法很难对这类复合材料的强度及其损伤等行为进行准确的定量描述,而以有限元为代表的数值模拟方法被广泛地应用于预测工艺参数、预制体结构与力学性能之间的定量关系,为纺织复合材料的优化设计及应用提供了理论指导。对纺织复合材料的力学性能数值模拟方法在近些年取得的研究进展进行了简要综述。首先重点介绍了纺织复合材料最新的几何模型建模技术;其次对纺织复合材料刚度、强度和损伤演化数值预测方法进行了回顾;然后讨论了现有的多尺度分析方法的优缺点和适用范围;此外,还简单介绍了机器学习在纺织复合材料力学性能预测中的应用;最后对纺织复合材料力学性能数值模拟研究存在的问题和发展方向进行了展望。     

基于Tsai-Wu强度准则的某型飞机机翼层压板翼面低速冲击响应仿真分析

为分析某型纤维增强复合材料层压板翼面受到异物低速冲击作用后的结构力学性能,基于Tsai-Wu张量强度理论和非线性显式动力学计算对复合材料翼面层压板进行冲击强度分析.建立了该型机翼的三维模型,根据复合材料力学理论建立了该机翼层压板实体单元的有限元模型,基于Tsai-Wu张量强度准则和显式动力学有限元方法对翼面进行冲击力学...     

基于单层数值特征曲线法的复合材料接头强度分析

提出了基于单层的特征曲线法，利用Patran／Nastran有限元软件对复合材料机械连接接头强度进行了分析计算。根据提出的基于单层的数值特征曲线法，各个角度铺层的特征长度采用数值方法分别计算，根据各层的特征曲线计算各层的破坏载荷，最后确定接头的破坏载荷。通过算例分析，计算结果跟试验值吻合很好，较基于层合板特征曲线法所得结果更精确，说明了该方法的有效性。     

Hamilton体系下的扩展有限元方法

基于Hamilton体系下的弹性力学理论,推导了扩展有限元法的有关公式。具体计算了含裂纹的等厚度薄板的应力强度因子,数值分析所得结果与精确解进行了比较,证明了本文方法的正确性。本文为扩展有限元研究提供了一种新的数值计算方法,拓展了扩展有限元的基础理论。     

复合材料层板任意排列多孔机械连接的钉载研究

本文应用各向异性体弹性力学理论及Faber级数理论,导出了解决复合材料层板多孔机械连接问题的有效方法,它可以有效地用于分析多孔连接的应力集中、载荷分配、连接强度等问题。作为应用,文中给出了计算实例及各参数对钉载分配的影响,得到一些具有重要意义和实用价值的结论。     

干涉对复合材料机械连接强度的影响

采用ANSYS10.0软件,以有限元分析为主要手段分别对间隙配合及干涉配合复合材料机械连接进行了三维模拟。在模拟过程中综合考虑了复合材料特性、螺栓与复合材料板及复合材料板与复合材料板之间的摩擦和接触以及螺栓和复合材料板的约束条件。解决了复合材料干涉配合高精度有限元模拟的关键技术,并通过预紧单元引入拧紧力矩。以此为基础,研究了间隙及干涉对复合材料机械连接强度的影响。结果表明:在复合材料机械连接中采用干涉量适当的干涉配合可以有效提高接头强度。     

黄争鸣 复合材料力学专家

您在复合材料力学、计算结构力学、流与结构的相互作用、纳米纤维材料与风力发电机叶片中的力学问题等领域进行了深入的研究,请您具体谈谈近年来的主要研究成果。黄争鸣:近年来,我们主要在两个方面展开研究并取得了可喜进展。第一个方面的工作为复合材料的破坏分析与强度预报。这是一个世界性难题,国际上众多学者为解决或部分解决这一问题进行了不懈努力,但     

碳纤维/ 环氧树脂层压板的冲击损伤

介绍了碳纤维/环氧树脂层压板冲击试验方法、低速冲击损伤模式、损伤破坏检测方法,总结了近年来冲击后剩余强度、疲劳性能及有限元数值模拟方面的研究进展,并对复合材料冲击方面进一步的研究进行了展望。     

纤维增强钛基复合材料横向拉伸性能数值模拟

为研究SiC/Ti-6AL-4V纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的力学特性,建立了三维细观有限元模型;利用ANSYS软件接触单元和内聚力材料模型,对其制备残余热应力及横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效进行了数值模拟。结果表明:考虑界面材料属性的细观力学有限元单胞模型,可较好地模拟纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效;横向拉伸载荷下,复合材料基体细观结构内部应力分布不均导致基体材料利用率下降,是造成复合材料横向强度低于基体材料强度的主要原因。     

复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展

纤维增强复合材料层合板在航空航天等领域被广泛应用,分层损伤是层合板主要的损伤形式,一直是复合材料力学研究的焦点问题之一。本文从试验研究、理论分析和数值模拟3个方面对国内外在纤维增强复合材料分层问题所取得的研究成果进行了系统综述,重点介绍了单向复合材料I型、Ⅱ型和I/Ⅱ复合型层间断裂韧性测试方法和原理以及多向层合板分层扩展行为的试验研究。得到了表征和评价分层失效机理和扩展行为的纤维桥接模型、静力分层扩展准则和疲劳分层模型,并详细阐述了采用内聚力模型（CZM）、虚拟裂纹闭合技术（VCCT）和扩展有限元方法（XFEM）等先进数值方法模拟分层扩展的研究现状。最后,对复合材料层合板分层扩展研究的发展方向进行了展望。     

金属基复合材料的蠕变力学研究进展

通过对国内外近10年来在金属基复合材料蠕变力学领域的研究状况的分析，着重从理论、试验和有限元数值模拟三方面评述已经取得的成果和现实需要解决的问题。最后对我国在该领域未来的研究方向和需要开展的工作提出了建议。     

铺层比例对层合板连接结构损伤特性影响分析

复合材料螺栓连接结构,其铺层比例、铺层顺序对整体结构连接效率具有重要影响.基于ABAQUS有限元软件平台,对其进行二次开发定义材料损伤退化方法,建立三维渐进损伤模型对不同铺层比例复合材料层合板螺栓连接结构的损伤扩展及破坏特性进行数值模拟分析,计算结果与验证试验结果吻合较好.分析仿真与试验结果表明:对于CCF300/BA9916Ⅱ型复合材料层合板螺栓连接结构,铺层比例对结构连接效率有重要影响,合理确定±45°层比例可以显著提高孔边应力集中区的抗挤压和抗剪切能力,有效改善连接结构的破坏模式;在±45°层比例增加到50％之后,复合材料层合板螺栓连接结构的连接强度将不再显著提高.     

单面螺纹抽钉干涉配合复合材料连接件挤压强度研究

由于连接技术是复合材料连接结构设计中的关键环节,所以本文通过试验研究了干涉配合对复合材料单钉双剪连接件挤压强度的影响作用,并建立了能预测复合材料连接件挤压强度的三维有限元数值模型.该模型考虑了钉孔接触、渐进损伤以及大变形理论,并采用了Hashin失效判据以及Tan材料性能退化准则,研究了不同干涉量(0％,0.5％,3％)配合方式对连接强度和刚度的影响作用.结果表明适量的干涉能提高连接挤压强度,而3％的过量干涉配合降低了连接挤压强度,却有较高的挤压弦向刚度,与试验结果相比,吻合较好.     

基于Gauss热源模型的BT20钛合金管口激光焊接数值模拟

基于热弹塑性有限元方法,建立激光焊接的热力学计算模型,利用三维有限元分析软件AN-SYS,使用其APDL语言,对BT20钛合金管接头激光焊接过程中的温度场和应力场有限元模拟问题进行了研究.结合数值计算,讨论了激光焊接过程中采用瞬间空冷后,试件内应力的分布情况.     

缝合复合材料T型加强板强度仿真研究

为提高复合材料筋条与蒙皮的连接界面强度,局部缝合技术是一种有效的方法。分别对无损伤缝合加筋板和含冲击损伤缝合加筋板采用内聚力模型模拟界面层、粘接元模拟缝合进行有限元建模（FEM）计算分析,并与轴压试验结果进行对比。两组试验结果与有限元计算分析结果偏差均不大于8.5%,表明采用有限元模拟界面层和缝线的方法是可行的;试验结果和有限元计算结果显示,当蒙皮与筋条尚未发生剥离的情况下,缝合对复合材料加筋板的压缩承载能力影响不显著。