含孔复合材料层合板孔边应力集中的近似计算

针对含圆孔有限大复合材料层板的应力集中间题,提出一种计算孔边应力分布及应力集中系数的方法:先利用经典层板理论,将复合材料层合板化归为各向异性板;再将各向异性板等效转换为一偏轴拉伸的单向纤维层板;最后利用含圆孔偏轴单向板的孔边应力计算公式来分析一般铺层层合板孔边应力集中情况.根据所推导的含孔有限宽度复合材料层合板应力集中系数的表达式,分析讨论了板宽/孔径比、铺层比例、铺层方式、材料性能参数等因素对孔边应力集中的影响.     

具有销钉承载孔的复合材料层合板的接触应力分析

 <正> 本文采用以弹性接触理论为基础的有限元混合法分析具有销钉承载孔的复合材料层合板的接触应力,并讨论了销钉的材料性质、层合板铺设方式以及销钉与承载孔边摩擦和公差诸因素对层合板承载孔边接触内力和应力分布与大小的影响。     

复合材料层合/夹层板分析方法

分别用ANSYS软件的实体单元solid-46.基于一阶理论的壳单元shell-99和基于整体-局部高阶理论有限元计算了复合材料层合/夹层板结构,包括层合板孔边应力集中和层合板热响应的算例,比较了各算法的精度.计算结果表明:ANSYS软件不能准确计算层合板/夹层板的层间应力,对孔边应力和热响应问题精度较低,整体-局部高阶理论有限元对于上述问题的计算具有较高精度.     

复合材料机械连接层合板孔边应力集中研究

为在设计复合材料机械连接时有据可循,采用有限元分析方法,对复合材料机械连接层合板进行分析,给出正交异性带孔板相对边距H／d以及相对宽度d／B对孔边应力集中的影响,结果表明：H／d及d／B对孔边应力集中因子的影响较大;随H／d的增加,最大环向应力集中因子Kmaxσθ减小,而径向最大应力与挤压应力比Krd变化不大;当复合材料板的宽度减小时,环向最大应力与挤压应力比Kσd增大,而Krd几乎不会随d／B的改变而改变,但径向应力的分布会因孔外形的变化而产生明显的差异。为复合材料机械连接设计提供了一定的参考。     

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.     

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。      

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     

含孔薄板孔边疲劳裂纹的萌生和扩展

 测试了 Ni基高温合金 GH41 69含孔薄板试件不同应力幅下的低周疲劳寿命,给出了孔边最大应力幅相同时,应力集中因子改变对试件疲劳寿命的影响。结合断口 SEM分析,探讨了应力集中条件下,疲劳短裂纹的萌生和扩展方式。试验结果表明,疲劳裂纹以滑移方式在孔壁与试样表面相交的棱上萌生;萌生期依赖于孔边应力幅的大小,与孔径无关。但疲劳裂纹扩展速率与孔边局部区域的应力分布有关。在孔边应力幅相同的情况下,孔边应力集中因子较大的试样裂纹扩展速率大,疲劳寿命分布带略低于孔边应力集中因子较小的试样。短裂纹阶段,疲劳裂纹以角裂纹的形式向内扩展;长裂纹阶段,疲劳裂纹以穿透裂纹的形式进行扩展。稳定扩展阶段疲劳裂纹以穿晶的韧性撕裂方式发展,但在靠近失稳扩展区域疲劳裂纹呈准解理断裂方式扩展。试验未观察到疲劳短裂纹群的连接与合并现象。     

含铺层拼接层合板的力学性能

为研究铺层拼接对复合材料层合板力学性能的影响,设计了含不同铺层拼接形式的碳/双马复合材料层合板试件.采用拉伸试验方法测定了材料力学性能,得到了不同拼接形式下层合板的拉伸强度.试验表明,含铺层拼接层合板的失效模式为层间剪切破坏和纤维断裂.建立了铺层拼接层合板的有限元模型,分析了铺层拼接对层合板应力分布和层间应力的影响.     

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。     

TiNi基形状记忆合金薄膜的相变特征研究

利用磁控溅射的方法在单晶Si和非晶SiO2基片上制备了TiNi和TiNiCu形状记忆合金薄膜,并利用示差扫描量热法和基片曲率法研究了薄膜的相变特征及应力随温度的变化.研究结果表明450℃溅射形成的记忆合金薄膜具有良好的形状记忆效应,在微电子机械系统有很好的应用前景.TiNi薄膜降温时出现R相变,因而发生两步相变,而TiNiCu薄膜中马氏体和奥氏体间直接转变.基片以及薄膜成份对相变点有很大的影响.单晶Si片作为基片时,记忆合金薄膜和基片间有很好的结合力,而SiO2作为基片时,记忆合金薄膜容易剥落.     

NiTi形状记忆合金记忆效应衰减行为及其机理的研究

对近等原子比ＮｉＴｉ形状记忆合金经几种不同工艺处理后的记忆效应衰减行为进行了研究。利用透射电镜对其微观组织结构作了观察，并从微观结构方面入手，对记忆效应衰减机理进行了分析与探讨。     

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。     

SMA智能复合材料结构的有限元分析与实验研究

建立了嵌入形状记忆合金(SMA)丝作为智能驱动器的智能复合材料层板结构模型,并对结构变形进行了分析。对SMA的本构关系进行了推导,得到了不同温度下的应力应变关系,并加入了界面的柔化折算,采用数值方法求解。驱动器镶嵌于层板表面或内部,根据电阻反推得到准确的温度。不同温度下的驱动变形计算结果同试验结果吻合较好。对结构的振动特性进行了测试,得到了不同温度下的模态频率变化。     

Large Amplitude Flexural Vibration of the Orthotropic Composite Plate Embedded with Shape Memory Alloy Fibers

研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率,建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程,基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论,建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有3次非线性项的Duffing型常微分方程,采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明,非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征,马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著,同时也讨论了SMA纤维含量、板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。     

TiNiCu形状记忆合金热机械训练诱发双向记忆效应的DSC曲线特征

利用示差扫描量热法(DSC)研究了TiNiCu双向记忆弹簧训练过程中热机械训练及退火对合金相变特征的影响。结果表明,训练前升温时,DSC曲线表现出的吸热峰由多个小峰组成,随着训练次数的增加,峰的个数减少,具有稳定双向记忆效应的试样中,升温时只出现一个锐利的峰。这是因为在训练过程中引入特定取向的位错,产生一定的应力场,使得马氏体变体的取向比较一致,相变点基本相同所致。由于位错的引入,引起相变点As和Af下降。训练不同次数的样品400℃退火后,由多个小峰组成的吸热峰合并为一个峰,这是由退火导致热机械训练诱发特定取向的位错恢复引起的。     

智能平板叶片的振动主动控制研究

介绍了利用形状记忆合金对悬臂平板叶片进行错频以实现振动主动控制的原理及试验研究。首先推导出回复力作用下的复合平板叶片的弯曲振动特性。然后对平板叶片进行了振动主动控制试验。根据理论分析和试验研究，提出了一些利用形状记忆合金进行振动主动控制的特点和规律。     

SMA复合材料低速冲击数值模拟方法

利用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)独特的超弹性效应,提出一种利用形状记忆合金提高复合材料结构抗低速冲击性能的方法.基于形状记忆合金的分段化线性简化模型,利用ABAQUS有限元软件提供的VUMAT子程序编制了SMA合金超弹性本构关系并将其引入到复合材料层板低速冲击模型,提出了含SMA复合材料低速冲击数值模拟方法.研究形状记忆合金利用迟滞阻尼特性吸收部分形变能量并加以释放的过程,探讨SMA纤维对复合材料层板抗冲击性能的增强规律.结果表明,随着SMA体积分数的提高,复合材料层板的冲击应力峰值和挠度会下降,但在低SMA体积分数(<10%)情况下,对挠度的改善作用不明显;同时随着SMA体积分数增加,单位体积SMA的冲击能量吸收率会降低,在SMA体积分数为5%~10%时,SMA纤维具有最高的能量吸收率.得出了SMA纤维具有改善复合材料抗冲击性能的作用的结论.      

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。