低速冲击下复合材料层合板损伤试验与模拟

对复合材料层合板进行四种不同能量的低速冲击试验,测量了不同冲击能量下的凹坑深度,并利用超声C扫描获得了层合板分层形状和面积。依照试验条件,建立复合材料层合板低速冲击三维有限元模型,模型中分别采用hashin失效准则和界面单元模拟层内失效和层间损伤,结合试验与模拟结果,讨论了复合材料层合板在低速冲击下的损伤特征,以及冲击过程中层合板内部损伤的发生及演化规律。     

面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。     

复合材料层合板低速冲击损伤的预测模型

在低速冲击载荷作用下,建立了一种适用于铺层总数较多的复合材料层合板的损伤预测模型。采用三维Puck失效准则预测层内纤维与基体的破坏,并获得基体失效时的断裂面角度。根据低速冲击下复合材料层合板的层间分层损伤机理,同时考虑面内横向正应力、厚度方向正应力、层间剪应力和相邻铺层的损伤状态等因素对界面分层的影响,发展了一种新的冲击分层失效准则。为快速有效地预测铺层总数较多的复合材料层合板的冲击损伤,通过对单元积分点处的应变进行线性插值,提出了在单个实体单元内预测多个铺层损伤的数值计算方法。模型成功预测了受冲击层合板具体的失效模式,预测的分层形状和尺寸与试验值吻合较好,并显著减少了有限元模型的规模,表明本文所发展的数值方法对预测复合材料层合板低速冲击损伤的有效性。     

氢致Ⅰ型裂纹扩展的位错塞积群模型

本文利用位错理论和夹杂理论研究了Ⅰ型裂纹前方的位错塞积群和氢气团以及它们之间的交互作用,求得了塞积群的位借密度、应力集中系数和裂纹扩展速率。所得结果表明,氢气团促进裂纹尖端位猪源开动,即促进滞后塑性变形,提高塞积群的应力集中系数,引起材料脆化,促进微裂纹核形成。     

冲击载荷作用下动态应力强度因子的研究

应用有限元法研究了带有表面裂纹的厚壁筒在冲击载荷作用下动态应力强度因子的计算问题,给出了合理的计算方法,分析了影响动态应力强度因子的有关因素     

随机谱下疲劳裂纹扩展的等损伤模型

本文对预测随机谱下疲劳裂纹扩展寿命的等损伤模型进行了较为系统的研讨,在损伤等价原则下导出5种不同形式的等损伤模型,并利用两种材料在两种谱型和两种应力水平下的疲劳裂纹扩展试验数据对其评估。结果表明：对于一般过载效应不强的随机型载荷,等损伤模型的预测精度足以满足工程要求;等损伤模型形式上的不同不会明显影响预测结果。本文还研究了经跑道计数法浓缩处理的简化谱对寿命预测结果的影响。     

轴向冲击下方形纸管的能量吸收性能和理论模型

为了研究薄壁方形纸管在轴向冲击下的力学响应和能量吸收性能,利用落锤冲击试验机和万能材料试验机进行了动态冲击和准静态压缩试验。方形纸管在动态冲击试验和准静态压缩试验中具有相似的渐进压溃变形模式。试验结果显示,方形纸管的比能量吸收和单位体积能量吸收能力与管件的边长和壁厚比(c/h)相关。随着管件c/h的增大,管件比能量吸收和单位体积能量吸收能力迅速减小。同时,本文分析了管件在冲击过程中的压溃力与冲击速度的关系。最后,本文建立了方形纸管轴向冲击下的能量吸收性能理论模型,理论模型与试验结果具有很好的相关性,该模型为薄壁纸管结构应用到冲击防护装置设计提供了理论支撑。     

冲击载荷作用下泡沫铝材料模型的参数研究

通过霍布金森杆冲击试验,研究将修改后的Liu与Subhash关于聚合物泡沫的本构模型应用于泡沫铝材料的可行性,对不同相对密度下的材料模型参数进行拟合,并研究参数变化对应力应变关系的影响.结果显示:该本构模型可以应用于泡沫铝材料模型的研究;材料相对密度和模型参数变化对应力应变关系影响比较大;拟合曲线和试验曲线基本吻合,拟合得到的参数值对工程具有一定的参考价值.