动载与静载作用下残余应力对ARALL层板裂纹孔边分层影响的实验研究

 研究了疲劳载荷与静态拉伸条件下 ARALL层板孔边分层的状态 ,分析了不同残余应力对该层板孔边分层损伤的影响。结果表明 ,两种载荷条件下的分层破坏是完全不同的。疲劳载荷下裂纹扩展过程中伴随分层的典型的情况是呈对称双椭圆形 ,静态拉伸作用下层板边缘效应更加明显。给层板施加适当的预应力可以提高其抵抗分层损伤的能力     

含分层损伤复合材料层板压缩分层疲劳扩展研究

采用基于Mindlin一阶剪切理论的连续壳单元,建立了预测含分层损伤复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下的分层扩展3D模型,分析了含穿透分层复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下的分层扩展行为。利用累积损伤理论,对层板内出现的各种典型损伤进行相应的刚度折减,并在循环加载过程中对材料性能进行强度弱化。利用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算分层前缘处的能量释放率,结合混合断裂判据判断分层是否扩展,进而得到压缩疲劳载荷作用下分层扩展规律。计算模型通过大型商用有限元软件和自编程序实现。通过对数值仿真结果和试验结果进行比较,验证了模型的合理性和准确性。     

复合材料层板疲劳分层扩展研究

为了分析复合材料层板疲劳分层扩展行为,基于Abaqus有限元分析平台,建立分层扩展复合材料层板有限元分析模型。选用基于能量释放率的分层扩展判据,结合剩余强度模型弱化材料性能,引入VUMAT用户子程序实现模型疲劳损伤失效的判断及材料刚度性能的折减,模拟含分层复合材料层板在疲劳压缩载荷作用下的分层扩展行为。结果表明:分层长度随着疲劳载荷地施加不断增大,但扩展速率逐渐减小,最终分层长度达到稳定值,与实验结果吻合良好。     

复合材料层板低速冲击剩余强度的研究

 针对复合材料层板受低速冲击后的剩余压缩强度问题进行分析计算,把冲击破坏区看作一个含有随机分布裂纹的圆形不均匀体,采用有限元建模分析,结合冲击后层板的试验所得的载荷/ 位移关系,计算得到冲击破坏区的剩余模量。再采用有限元建模分析含圆形冲击损伤区的矩形复合材料层板,求解应力及最大位移,并依据最大应力破坏准则,预测复合材料层板的冲击后压缩强度,计算结果与试验数据的比较表明分析结果可靠。     

层板分层后屈曲分析的一维模型

 将条形分层的复合材料层板看成两个独立的子层,未发生分层区域的层间基体由拉-压杆和剪切板模拟,从而建立了分析带有分层缺陷层板稳定性问题的一维力学模型;利用Rayleigh-Ritz能量法推导了模型的微分方程;通过计算,给出了两个子层刚度比在各种数值下、对应于不同分层长度,层板的局部或整体失稳载荷。     

Z-pinned复合材料层板Ⅰ型裂纹的疲劳扩展

用数值模拟方法研究z-pin增强复合材料DCB层压板Ⅰ型裂纹的疲劳扩展问题。在理论模型中，将z-pin简化为一系列施加在DCB层板上的外力，这些力在裂纹扩展中对裂纹提供桥接力。基于试验观察，桥接力随疲劳载荷的衰减规律可假设为一个分一。段的幂函数。用一个指数函数表示复合材料DCB层板疲劳断裂韧性与疲劳循环次数的关系，并将此作为裂纹扩展的判据。分析结果表明，无论是位移控制模式还是载荷控制模式，z—pin可以有效地降低分层扩展速率。还就z—pin密度，z-pin大小等参数进行了分析研究。     

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。     

复合材料层板的瞬态动响应分析

本文用混合杂交单元分析复合材料层板的瞬态动力响应。针对纤维增强复合材料层板的特点,综合考虑精确性和经济性,对于较薄的板采用Mindlin直线假设的位移模式;对于较厚的层板提出分段折线假设的位移模式,并讨论了其适用范围。对动响应分析采用振型叠加法和Wilson-θ积分法确定层板对突加载荷的动挠度和动应力。最后,通过各种数值算例考查本文方法的有效性。     

玻璃纤维增强铝合金层板连接孔挤压性能实验研究

为研究玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)在挤压载荷作用下的损伤起始、演化方式和失效特点,采用超声C扫描、断面分析和扫描电子显微镜对三种铺层方式的GLARE层板单钉双剪实验进行观测。对挤压载荷下层板损伤起始和演化进行了观察对比,分析了铺层方式对层板挤压失效过程和破坏模式的影响。对实验中观察到的金属塑性变形、纤维屈曲、基体开裂、分层扩展等现象之间的关系进行了分析和说明。实验表明,挤压初始阶段,GLARE层板主要由铝合金承载,铝合金进入塑性之后,层板承载特性、损伤过程及最终破坏模式主要受纤维铺层方式影响。     

复合材料层合板位移分段折线假设的研究

 <正> 1.前言 复合材料层板现有位移假设很多,但有实用价值的却少。在常用的位移假设中,薄板理论仅限于薄板;Mindlin板理论虽然在一定程度上反映了层板的剪切效应,但因其不能准确地模拟断面翘曲而仅限于薄板和中厚板,分层折线假设虽然能较准确地模拟断面翘曲和反映剪切效应,但当层数较多时位移自由度变得很庞大而限制了其应用。本文提出了介于Mindlin板理论和分层折线假设之间的假设——分段折线假设,即把层板分为若干段（段数远小于层数）,每段含若干层。大量算例表明,分段折线假设具有较高的精度且自由度较少,尤其在层数较多时其优越性愈显著,具有较高的实用价值。文中提供了层板分段依据。     

求解正交各向异性含内部裂纹板应力强度因子的复变函数-分区广义变分解法

 <正> 计算应力强度因子是确定含有裂纹结构剩余强度与剩余寿命的最重要工作,而有限大体孔边裂纹应力强度因子的确定又是应力强度因子确定中最具实用价值的一部分工作。目前,在这方面所采用的方法有:边界配位法、有限元素法与边界元素法等。为了提高计算效率与消除模型的不确定性,本文提出复变-变分方法求解有限大板孔边裂纹应力强度因子。     

复合材料紧固孔分层激光超声量化表征试验

提出解决飞机复合材料结构紧固孔分层检测问题的途径。基于激光超声技术,进行复合材料紧固孔分层的量化表征试验。制备碳纤维增强复合材料紧固孔试样,根据复合材料中激光超声的激发参量选取原则,利用材料受脉冲激光辐照作用产生的热弹效应激发超声波,提取表征紧固孔区域分层缺陷的超声信号;分析影响缺陷表征准确度的关键因素,发现脉冲激光光斑尺寸（直径1~5 mm）变化对紧固孔分层的表征不产生显著影响;基于穿透法和脉冲反射法进行激光超声C扫描检测,得到紧固孔区域分层缺陷的形状、尺寸和位置特征。研究结果表明,利用激光超声技术的非接触式激发、接收和高分辨力特点,可以准确测得紧固孔区域分层缺陷导致的波反射和衰减,有效表征飞机复合材料结构的紧固孔分层缺陷。     

含分层损伤复合材料层合板前后屈曲行为研究

采用基于Mindlin一阶剪切理论的四节点板单元,分析了简支和固支两种边界条件下含圆形分层复合材料层合板前后屈曲行为。结果表明,尽管浅部分层的存在使层合板的前屈曲临界载荷大幅度下降,但层合板仍能继续承受很大的后屈曲载荷,这种情况下的前屈曲是由于分层部分的局部行为造成的。同时,在相同的铺设和分层厚度及边界条件下,分层半径越大,后屈曲临界载荷越低,固支下的后屈曲临界载荷比简支下的临界载荷高。     

Improving Mode II delamination resistance of curved CFRP laminates by a Pre-Hole Z-pinning (PHZ) process

This paper presents an experimental investigation of the Mode II delamination resistance of curved CFRP laminates reinforced with Z-pins. A Pre-Hole Z-pinning (PHZ) process is developed to reduce the in-plane damage of the Z-pinned laminates. The microstructural observation of the Z-pinned laminate specimens indicates that the PHZ process can effectively decrease the defects including the Z-pin offset angle and the area of eyelet zone. The influences of the volume fraction and diameter of Z-pin on the fracture toughness and the delamination crack growth rate of the specimens under End Notch Flexure (ENF) loading are then determined experimentally. The test results show that Z-pin increases the interlayer stiffness of the laminate. The delamination crack growth rate is reduced with the increase of Z-pin diameter and volume fraction, and a reduction up to 40% is achieved compared with the specimens without pins. Furthermore, the Mode II fracture toughness is significantly improved with the increase of Z-pin volume fraction. When Z-pin volume fraction increases by 1%, the achieved fracture toughness is about 200% higher compared to the unpinned laminates.     

复合材料层合梁分层问题中应力强度因子与守恒积分的解析变分解法

利用虚功原理导出了涉及两种不同介质的守恒积分表达式以及守恒积分J_Ⅰ与应力强度因子K_Ⅱ的关系式。对于对称正交铺层复合材料层合梁的分层问题,在利用分区广义变分原理确定了应力强度因子K_Ⅱ以及应力与位移本征展开式中的所有待定系数的基础上,进一步求出守恒积分值。最后,作为验证,由J_Ⅰ求出K_Ⅱ,并与由解析变分方法求出的K_Ⅱ相比较。计算表明,本方法前期准备工作少,计算节省机时,结果收敛迅速;沿不同积分路径求出的守恒积分保持恒定,并且用两种方法求出的K_Ⅱ具有很好的一致性。     

一种准确预测层合梁结构层间剪应力的新锯齿理论

层合梁是航空航天领域典型的承力构件,而过大的层间剪应力（层间处的横向剪应力）是导致其分层失效的主要原因。针对常见的层数较多的复合材料层合梁以及材料属性差异较大的三明治夹层梁,现有的理论模型仍然无法准确预测其横向剪应力。通过构造一个新的线性分段锯齿函数,提出了一种能够准确预测层合梁结构横向剪应力的新锯齿理论模型。几个典型的数值算例表明,本文提出的新锯齿理论模型在计算层数较多和材料属性差异较大的层合梁时,具有较高的计算精度,能够准确预测层合梁的分层。另外,该模型预先满足横向剪应力层间连续条件,无需三维平衡方程后处理就能够准确预测层合梁的横向剪应力。位移场中未知量个数少,不含横向位移的一阶导,便于C⁰梁单元的构造。     

复合材料层压板圆角区面外受载失效分析

为了研究复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于圆角区分层损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明:本文建立的有限元分析模型能较好地模拟复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,并且能较好地预测该结构的承载能力。     

求解受钉传载荷含双边非对称边缘裂纹各向异性板的解析－变分方法

以单边边缘裂纹二维应力场与位移场展开式为基础,采用分区广义变分原理研究受钉传载荷含双边非对称边缘裂纹各向异性板应力强度因子。首先建立精确满足各向异性板基本微分方程和绕钉孔的合力平衡条件及位移单值条件的应力场和位移场的级数表达式,然后应用分区广义变分方法满足边界条件及子域间的交界条件并由此确定应力强度因子。在变分方程中只存在沿板边界的线积分,简化了计算程序和输入数据,且计算结果收敛迅速、准确。给出了求解非对称边缘裂纹问题的系统计算曲线。     

压差载荷对蜂窝夹层结构分层扩展影响研究

复合材料蜂窝夹层结构随飞机起飞-巡航-降落过程中,反复经受内外压差载荷。为研究地空地压差载荷对复合材料蜂窝夹层结构中蒙皮和蜂窝之间胶接面分层扩展行为的影响,设计了可叠加压差疲劳载荷谱和压缩疲劳载荷谱的试验装置,对含预埋分层的复合材料蜂窝夹层平板开展了重复载荷试验研究,一组试验施加压缩疲劳载荷谱,另一组试验施加压缩疲劳载荷谱叠加地空地压差载荷谱。破坏试验件的剖切检查表明预埋分层沿垂直于压缩载荷方向在胶接层内扩展。在约80%极限载荷水平的压缩疲劳载荷谱下,分层初始经历一段缓慢扩展,达到一定程度后开始加速扩展直至破坏。叠加的压差载荷谱使分层扩展速率显著加快。基于试验构型的有限元仿真分析表明压差载荷作用下蒙皮与蜂窝之间的面外剥离应力是导致损伤扩展加快的主要原因。