碳纤维复合材料层压板低速冲击试验研究

为研究复合材料不同铺层结构的抗冲击性能,采用碳纤维预浸料制备了单向[0°]8和正交[0/90]2s铺层2种不同结构的碳纤维复合材料层压板,并使用Instron 9250落锤冲击测试仪测试其低速冲击性能,得到了载荷-时间曲线,分析了2种不同铺层方式的复合材料层压板的低速冲击加载力学性能,得到复合材料层压板的破坏形态来分析其破坏方式。结果表明:2种铺层方式产生了不同的破坏模式,正交[0/90]2s的复合材料层压板的抗低速冲击能力要优于单向[0°]8铺层的。     

复合材料厚板双轴非线性刚度特性分析

基于非线性本构关系与厚板理论,研究了一种采用增量步迭代法对复合材料厚层合板渐进失效过程进行双轴刚度特性分析的方法。以三维Hashin失效准则为单层板失效判据,当层合板中有一层或多层被检测到失效时,对失效层进行刚度折减,并在增量过程中不断更新刚度矩阵。采用有限元软件MSC.Patran自带的编程语言PCL,编写了计算程序。应用该程序分别对不同材料和不同铺层的层合板算例进行非线性刚度计算,给出了不同的铺层和材料组合下层合板在不同载荷比下的应力-应变曲线,展示了层合板渐进失效过程中应力-应变的变化关系,为复合材料厚板失效分析过程中的刚度变化提供理论与计算依据。     

用解析-数值混合法分析层合板的孔边应力

 含圆孔的层合板或各向异性板,在孔内轴销加载下的孔边应力分析,是一个比较复杂的问题。本文提出的解析-数值混合解法,为分析此类问题提供了新的途径。 首先,在作者所建议的力学模型的基础上,建立轴销的柔度方程和孔边等效节点载荷的解析表达式。然后,根据轴销与孔边相接触节点间所应满足的接触条件,综合应用上述解析表达式和有限元素法,建立分析孔边应力的基本方程。-最后,按本文所述递推回代公式进行求解。实例表明,计算结果与实验相符。     

复合材料层合板鸟撞损伤及吸能影响因素数值分析

数值分析是进行复合材料构件抗鸟撞损伤设计工作中的重要内容.主要采用瞬态非线性有限元分析方法结合文献试验对层合板鸟撞过程进行数值分析,分析了鸟撞层合板的初始损伤情况以及某一时刻各层的应力、应变情况;对比分析了铺层顺序、层合板参数、鸟体参数的变化对层合板吸收能量的影响.分析结果对航空复合材料层合构件抗鸟撞研究具有一定的参考价值.      

考虑剪力效应的复合材料层合曲板在侧压作用下的非线性动力稳定性

以无穷长的复合材料层合曲板受阶跃均布侧压作用的非线性动力稳定性问题为研究内容,侧重分析了剪力效应以及不同铺层方向的各向异性效应对动临界载荷参数的影响。指出：①对于抗剪能力较弱的复合材料曲板,横向剪力的影响将显著降低临界载菏的值,因而不能忽略它的效应,否则,所得到的临界值将毫无意义;②纤维的方向对临界载荷的影响非常大,不同的铺层方向可能导致临界载荷参数值相差数倍。     

含孔钛合金扩散连接止焊层合板裂纹扩展特性试验

带有局部圆形止焊区的钛合金扩散连接层合板能够改善层合板在拉-拉疲劳载荷作用下的裂纹扩展性能,为了研究止焊区尺寸对裂纹扩展寿命的影响,采用3mm,2mm,3mm厚钛合金板材通过扩散连接成8mm厚层合板,层合前预留Φ12mm,Φ15mm止焊区,并加工成含中心Φ6mm孔的板状试件,进行了两类试件在含标识载荷的等幅载荷下的疲劳...     

T800/5228A层合板Ⅰ型断裂韧性优化

冷场发射扫描电镜表明,固化5228A/PAEK共混体系发生了反应诱导相分了海岛-双连续-相反转的演化过程;DMA试验表明,PAEK的引入对5228A基体树脂T会改变原有树脂体系的使用温度;T800/5228A经韧化后,在层间内形成了典型的相反转结现出波纹状,明显区别于原有的光滑平直裂纹路径,Ⅰ型层间断裂韧度(GIC)大幅度提高.     

T800/5228E复合材料层合板动态冲击力学响应

研究了宽冲击能量范围(12.8、25.5、34.2、42.3与51 J)内T800/5228E复合材料层合板动态冲击力学响应历程.结果表明,复合材料层合板损伤历程依次为裂纹引发→分层扩展→最大损伤→二次损伤等,冲击能量基本不会对其发展演化历程产生影响;力学损伤参数研究发现,赫兹失效载荷Fh与冲击能量成线性关系,而最大作用载荷Fmax与冲击能量为特定指数函数关系.不可逆能量Lw与能量吸收率η研究表明,两者均与冲击能量保持单调递增关系,反映复合材料板的损伤程度在加重,但损伤面积基本趋于稳定,纤维断裂等二次损伤可能成为新型能量吸收方式.     

An efficient analytical homogenization technique for mechanical-hygrothermal responses of unidirectional composites with applications to optimization and multiscale analyses

The elasticity-based Locally Exact Homogenization Theory (LEHT) is extended to study the mechanical-hygrothermal behaviors of unidirectionally-reinforced composites. Based on the framework developed previously, thermal and moisture effects are incorporated into the LEHT to study the homogenized and localized responses of heterogeneous materials, which are validated using available analytical and numerical techniques. The LEHT programs are then encapsulated as subroutines with Input/Output (I/O) interfaces, to be readily applied in different computational scenarios. In order to illustrate the efficiency of the LEHT, the theory is firstly coupled to the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm in order to minimize the axial thermal expansion mismatch in hexagonal and square fiber arrays by tailoring the fiber volume fraction. The LEHT is then implemented into the lamination theory to study fabrication-induced residual stresses arising during the cool-down process which introduces local laminate stresses owing to thermo-mechanical property mismatch between plies. Both of these applications illustrate the efficiency and accuracy of the LEHT in generating effective properties and local stress distributions, making the theory a golden standard in validating other analytical or numerical techniques as well as a reliable tool in composite design and practice for professionals and non-professionals alike.     

Kevlar层合板超高速撞击数值建模及参数识别

针对Kevlar层合板在超高速撞击条件下的力学特性的复杂性及参数不准确对数值仿真的不利影响,提出一种使用正交各向异性本构模型,Chang-Chang复合材料失效模型和有限元方法对Kevlar层合板的超高速撞击力学特性进行建模并运用连续响应面技术对材料失效模型参数进行识别的方法.然后使用该方法建立了与现有文献中的试验工况相对应的数值模型,并把Kevlar层合板材料失效模型的4个参数作为优化变量,以仿真结果与试验结果的二乘残差最小作为优化目标,使用连续响应面技术建立参数优化模型,由此识别这些参数.结果表明,该建模方法能正确描述Kevlar层合板的超高速撞击力学特性,采用识别后的参数进行仿真计算可以显著提高数值模型的仿真精度.