基于损伤的HTPB推进剂／衬层界面内聚法则构建

为提高丁羟（ HTPB）推进剂／衬层界面数值仿真结果的准确性,首先改进了单搭接试件,通过剪切实验获取界面断裂参数,而后分别采用双线型模型和指数型模型对试件进行数值研究,进行影响分析,并在此基础上建立了一种基于损伤变量的自定义内聚力模型,使模型具有了明确的物理含义。结果表明,改进的单搭接试件能够测定柔韧粘接件的II型断裂参数;II型界面断裂时,内聚力曲线形式与实验曲线形式一致;该基于损伤的内聚力模型能够比双线性模型和指数型模型更准确地反映HTPB推进剂／衬层界面的II型断裂性质。     

2024-T3铝合金拉伸及剪切断裂行为

2024铝合金材料在拉伸和扭转载荷作用下表现出截然不同的失效机理。结合试验和数值方法,研究了应力状态对2024-T3铝合金韧性断裂行为的影响规律。首先,对圆棒和薄壁圆筒试验件分别进行了拉伸和扭转试验,从断面形貌以及断裂应变与应力状态间关系两个方面,考察了应力状态对2024-T3铝合金断裂机理的影响规律。然后,基于Gurson理论在商业有限元软件ABAQUS中开发了同时适用于拉伸和剪切断裂模式的细观损伤本构,对2024-T3铝合金的弹塑性响应和裂纹扩展路径进行了数值分析。与试验结果对比研究表明,本文发展的细观损伤本构能够较好预测延性金属材料在多种应力状态下的损伤破坏过程。     

缝合密度对缝合C/C-SiC-ZrC复合材料的力学性能的影响

采用碳纤维无纬布缝合预制体,经"CVI+PIP"混合工艺制备了缝合C/C-SiC-ZrC复合材料。比较不同缝合密度对C/C-SiC-ZrC复合材料力学性能的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料断口的微观形貌。结果表明,在一定范围内,随着缝合密度的提升,缝合C/C-SiC-ZrC复合材料的拉伸强度有所下降,然而剪切强度有明显提升,最大可达24.94MPa。从SEM结果可以看出,无纬布缝合C/C-SiC-ZrC复合材料的拉伸破坏有明显假塑性断裂特性,在剪切载荷作用下,Z向纤维可有效抑制材料层间分层损伤。     

固体推进剂的变角剪切力学试验研究

利用改进的Arcan夹具对HTPB固体推进剂在0°～90°之间的10个角度进行了剪切试验,研究了固体推进剂在不同剪切角度下的应力应变关系.结果表明,随着加载角度的减小,拉伸作用逐渐被剪切作用取代,导致拉断应力、拉伸曲线斜率、断裂应变的减小;当拉伸角度为0°时,蝶形试件完全承受剪切作用,推进荆的剪切模量可通过对此时的数据进行相应转化得出.     

平面机织复合材料在剪切载荷下损伤刚度折减分析

采用三维实体有限元方法,结合周期性边界条件,分析了平面机织复合材料在剪切情况下损伤的起始、扩展、直至最终破坏的全过程。分析中抛弃了以往损伤研究中采用的“单元消失“技术,对破坏的基体单元和纤维束单元均按方向进行刚度折减。制作了纵横剪切试件并进行了相应的试验。计算结果和试验结果吻合良好,证明研究方法的正确性。     

基于CRKSPH的炸药巴西压裂仿真研究

使用守恒型再生核粒子(CRKSPH)方法,结合弹脆性损伤本构模型,对PBX9501炸药标准巴西试验断裂过程进行了仿真,并对炸药内裂纹的产生和分布进行了预测。计算中,使用CRKSPH方法,可有效地提高计算精度和避免人工粘性误差;本构模型基于PBX9501炸药材料细观结构特征和破坏模式,并使用损伤参数D(单位面积上微缺陷的密度)来表征材料的破坏程度;计算结果中,试件断裂形式和中心点应力结果与文献中试验结果符合较好,而且加载速率对试件的断裂形式和断裂时间均有一定的影响。研究表明,CRKSPH方法在计算PBX9501炸药断裂损伤及裂纹扩展问题上有一定的工程实用价值。     

碳/碳复合材料室温力学性能测试

文中针对作为飞机发动机尾喷管的三维四向碳/碳复合材料,根据特定工艺和实际情况,总结了一套合理的测试标准,并测试了这种材料的拉伸、弯曲、剪切等力学性能,并分析了断裂机理。     

基于临界平面法的缺口件疲劳寿命预测方法

利用弹塑性有限元分析得到缺口件的应力、应变历史，分别计算任意材料平面上的描述拉伸和剪切疲劳破坏的两种损伤参量，取最大损伤参量所在的平面为临界平面，并利用最大损伤参量预测拉伸和剪切疲劳寿命，取小值为缺口件的疲劳寿命，进而得到一种预测缺口件疲劳寿命的预测方法。用此方法预测了SAE1045钢缺口件的疲劳寿命，并与实验值进行比较，误差分布在2—3倍因子范围之内。     

可用于先进复合材料的一种中温固化环氧树脂

本文评价了一种可用于纤维缠绕先进复合材料的,以聚醚三胺进行固化的双酚F 环氧树脂。该树脂系统具有低粘度,长使用期,并能在中温下进行固化。使用这种树脂制造的复合材料,未发现明显的纤维微皱摺或分层现象,这意味着介于纤维和基体之间不同的热膨胀系数已不成为一个问题。该树脂系统浇注体典型力学性能(拉伸、压缩和剪切)已测得。拉伸:最大应力75.8兆帕(Mpa),最大应力下的应变为4.2%,模量为3171兆帕,断裂应力为71兆帕,断裂应变为5.8%。压缩:最大应力为87兆帕,最大应力下的应变为4.7%,模量为3150兆帕。剪切:断裂应力为52.2兆帕,冲击强度为32.6牛顿米/米。     

固体推进剂裂纹端部损伤区形状的实验研究

固体火箭推进剂是一种粘弹性高聚物,同时又是颗粒基复合材料。其断裂实验难度较大。本文用两种新方法:数字二次云纹法和渗透探伤法,进行裂纹端部损伤区的实验研究。结果说明裂纹端部的强烈损伤区是“窄带形”的,定义此窄带形损伤区为固体推进剂裂纹端部损伤区比以往的“腰子形”损伤区更为合理。为研究预测、控制固体推进剂的断裂性质提供了实验依据。     

考虑孔隙缺陷三维编织C/C复合材料渐进损伤及强度预测（英文）

为研究三维编织C/C复合材料单轴拉伸渐进损伤与失效强度,考虑了材料内部纤维增强相、基体相和界面随机孔隙缺陷,建立了三维编织C/C复合材料单胞有限元模型。基于Linde等人提出的破坏准则描述纤维束纵向拉伸剪切破坏和横向破坏,基体采用最大主应变破坏准则,界面采用双线性内聚力本构模型和二次应力破坏准则,建立了与单元特征尺度、局部应变以及断裂能相关的指数型损伤演化律。采用有限元法结合周期性边界条件模拟了材料细观损伤起始、演化与失效过程,并预测了材料轴向拉伸强度。结果表明;材料轴向拉伸强度主要由纤维棒纵向拉伸强度控制,与不考虑材料孔隙缺陷的模拟结果相比,考虑材料孔隙缺陷的强度预测值与实验值更加接近,此外,孔隙缺陷对材料拉伸强度的影响大于对拉伸模量的影响。     

碳／碳复合材料室温力学性能测试

文中针对作为飞机发动机尾喷管的三维四向碳／碳复合材料，根据特定工艺和实际情况，总结了一套合理的测试标准，并测试了这种材料的拉伸、弯曲，剪切等力学性能，并分析了断裂机理。     

Si3N4/TC4活性钎焊连接机理与性能

针对Si_3N_4/TC4复合结构钎焊连接问题,研究了钎料和母材中活性元素Ti对Si_3N_4/TC4接头润湿性、界面结合机制和力学性能的影响。进行了润湿、接头显微组织分析和剪切强度试验,结果表明:活性元素Ti对于钎料在陶瓷表面的润湿起主要作用,Ag-Cu钎料通过TC4母材中Ti元素的长程扩散进入Si_3N_4界面虽然实现润湿,但形成的反应产物并不明显,陶瓷/钎料界面成为断裂薄弱区域。Ag-Cu-Ti钎料中Ti元素在Si_3N_4一侧界面富集形成TiN+Ti_5Si_3反应层,对钎料在陶瓷界面润湿性和接头断裂脆性都具有改善作用,接头剪切强度达到267.3 MPa。     

复合固体推进剂双参数断裂准则研究

针对复合固体推进剂裂纹尖端的损伤特性,基于Dugdale模型建立了一个复合固体推进剂双参数断裂准则。通过单轴拉伸试验和单边断口断裂试验求得了双参数断裂准则中的两个材料参数。利用该准则对含有不同长度裂纹试件的破坏载荷进行预估,其结果与试验结果吻合得很好。
     

固体推进剂动态力学行为研究进展

从动态力学表征、损伤机理、动态断裂和动态本构4个方面,对固体推进剂动态力学行为进行了综述。分析表明,动态力学实验重点关注固体推进剂的初始弹性模量、屈服应力、强度等参数,填充颗粒破裂是动态损伤的主要形态,动态断裂主要集中动态起裂研究,并对3类动态本构模型性进行了评述。在此基础上,梳理了下一步研究的重点,认为深化实验研究、力学数值模拟和含损伤热粘-超弹性动态本构模型将是下一步研究的重点。     

固体发动机药柱损伤粘弹有限元分析

基于损伤的粘弹性材料积分蠕变型本构关系，建立了求解应力应变和损伤变量的一种新型增量型有限元法，引用当量应力，可以分析三维损伤场，采用迭代法求解相互耦合的应力和损伤场。算例分析表明，所建立的方法对分析药柱损伤有效、可靠。     

航天器复合材料结构的渐进损伤分析

复合材料结构渐进损伤分析是获取复合材料结构极限承载能力、实现基于可靠性的结构定量设计、评估长寿命航天器损伤容限和耐久性的有效方法。文章介绍了复合材料渐进损伤分析的基本原理与方法、用于分层分析的内聚力模型及相应的强度判据和断裂判据,通过典型的用于表征损伤容限的开孔压缩算例,实现了复合材料层内失效和层间分层失效的渐进损伤分析,分析得到的破坏形貌和极限承载能力与试验值吻合良好。     

航天飞机固体火箭发动机壳体的统计断裂力学和最佳断裂控制

本报告叙述了有关航天飞机固体火箭发动机壳体可靠性分析方法的研究。该分析方法是基于统计断裂力学理论监考虑到原始裂纹大小的概率分布情况。这种可靠性分析方法可用于设计变量的选择,例如,在最小预计成本和规定的可靠性范围的基础上,选择固体火箭发动机壳体的壁厚、设计使用期限和试验因子。断裂控制计划的作用,如在非破坏性试验中,以及在使用过程中材料的腐蚀,均可把它作为一种选择设计变量的研究方法。本报告中的以可靠性为基础的方法,经改进后就可推广应用在其它类似结构和各种断裂控制设计上。     

z向纱对三维正交复合材料层间剪切性能影响

采用置换法增强体成形工艺和树脂传递模塑(RTM)固化工艺制备炭纤维三维正交复合材料。对比研究了不同z向纱体积含量的三维正交复合材料的细观结构、层间剪切性能和破坏形貌。结果表明,基于置换法成形工艺制备的三维正交预制体其3个方向的纱线具有优异的伸直性;z向纱的体积含量在1%~5%时,对材料的层间剪切强度及模量的增强作用明显;同时,随着固化成型压力的增加,材料的层间剪切强度呈上升趋势,但当压力增大到一定程度,纤维屈曲现象明显,从而降低层间剪切强度的增加幅度;在层间剪切载荷的作用下,材料的主要破坏模式包括纤维的断裂、抽拔以及z向纱与树脂的脱粘,但相应增加z向纱的细度,使z向纱与基体之间的孔隙尺寸减小,可防止材料分层现象的产生。     

剪切载荷作用下碳/环复合材料层压板的损伤扩展特性

本文对含中心穿透裂纹的碳/环复合材料层压板在剪切载荷作用下的损伤扩展规律进行了研究。通过对以[±45/O_6]_s、[(±45)_3/O_2]_s、[O/±45/O]_s和[90/±45/90]_s四种层压板为主的多种层压板进行试验研究和理论计算,对工程上常用的以O°、±45°、90°三种铺层构成的各种π/4层压板在含裂纹时的板内应力分布、裂纹扩展方向、断裂机理和含裂纹时的极限强度(剩余强度)进行了分析。试件由T300/648E制成。研究表明,铺层组分比例的不同对裂纹的扩展方向和含裂纹层压板的极限强度有较大的影响。本文在探讨损伤扩展规律的基础上,也为工程应用提供了有意义的结果。