不同孔口形状对含孔复合材料板孔边应力状态影响的研究

对复合材料结构而言,孔口边界条件的建立和处理比金属材料要复杂得多。针对含不同孔形的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论,通过保角映射方法建立精确的边界条件,解决了某些复杂孔形的边值问题。得到了含圆、矩形和六边形孔复合材料板孔边应力的解析解。并针对不同孔形在受外荷载作用的情况下的应力状态,以及它们对孔边应力集中系数的影响进行了探讨。     

多孔复合材料机械连接件弹性接触内力和应力分析

本文用有限元混合法给出了多孔复合材料机械连接件弹性接触内力和应力分析。文中详细讨论了销钉弹性、层合板铺设方式和摩擦对各孔钉载分配及孔边应力的影响,并给出了多孔连接件向单孔连接件简化的条件。     

多孔复合材料机械连接件弹性接触内力和应力分析

本文用有限元混合法给出了多孔复合材料机械连接件弹性接触内力和应力分析。文中详细讨论了销钉弹性、层合板铺设方式和摩擦对各孔钉载分配及孔边应力的影响,并给出了多孔连接件向单孔连接件简化的条件。      

有限大层板承载孔的孔边应力分析

含圆孔的复合材料层合板, 在孔内轴销加载下的孔边应力分析, 是一个比较复杂的弹性接触问题, 板与轴销均处于十分复杂的受力状态。在文献中, 作者曾提出一个计及轴销变形与接触区摩擦效应的弹性轴销模型。本文在上述工作的基础上, 采用解析-有限元混合解法, 研究了有限大层合板承载销孔的孔边应力。分析表明, 讨算结果与实验相符。      

螺栓连接层合板孔边挤压应力三维分布

孔边应力是复合材料连接设计中强度校核的重要依据,装配间隙对其有明显的影响。针对准各向同性铺层层合板单搭接连接结构,首先采用弹性基剪切梁模型推导了螺杆挠度的解析解,给出挤压载荷沿着层合板厚度方向的分布。在此基础上,将能计及装配间隙的二维情况下孔边挤压应力分布的Persson模型推广到三维情况,得到了孔边挤压应力分布及应力集中系数。理论结果通过三维细节有限元方法进行了验证。最后采用理论方法分析了装配间隙、层合板厚度及钉载对应力集中系数的影响。     

基于点应力破坏准则的含圆孔树脂基正交各向异性板的强度计算

对于实际工程中常见的含孔结构,建立利用保角映射原理对含圆孔树脂基复合材料板的孔边应力进行准确分析的方法,采用所给出的方法可以得到孔边在板边外荷载作用下的应力分布,然后采用点应力破坏准则对板进行全面的强度校核。文中不仅对带有圆形孔的复合材料板,在拉应力作用情况下的孔边应力场进行了计算,而且对外荷载、孔口尺寸、某点距孔边的距离以及材料性质等因素对应力的影响进行了较为全面的仿真分析。     

盲孔法测水冷壁管残余应力的方法研究

盲孔法残余应力测试的研究主要集中在平板试样拉伸标定试验上,缺乏对曲面构件拉伸标定方法的试验研究。该文基于盲孔法测试技术对水冷壁管残余应力进行深入研究,建立三维有限元模型并进行模拟与分析,获得水冷壁管应变释放系数的模拟标定结果。得出当应力超过一定值时释放系数的绝对值随应力变化的规律,进而通过分段拟合的方法,获得基于形状改变比能参量S的孔边塑性应变修正公式。并利用相对误差曲线拟合法,由平板标定结果和曲面曲率计算推导出适用于曲面测试的应变释放系数的公式,拓展盲孔法残余应力测试的应用范围。实验结果显示释放系数与有限元模拟结果基本吻合,实际测试中预定的盲孔法可满足水冷壁管残余应力测试的要求。     

不同荷载作用下各向异性度对树脂基正交各向异性圆孔板孔边应力分布的影响

含孔结构在机械结构、装备中随处可见。针对含圆孔的树脂基复合材料板,采用解析法对几种常见荷载对孔边应力场的影响进行分析。对两个主方向的杨氏模量的变化对孔边应力的影响进行仿真分析,并对在不同荷载作用下,各向异性度对孔边应力场的影响进行比较。通过计算可知,随着杨氏模量的增大,孔边应力也增大,且随杨氏模量E1增大所引起的孔边应...     

小孔释放法测纤维增强复合材料残余应力的释放系数

介绍了小孔释放法测量残余应力的原理,给出释放应变与残余应力之间的关系公式.针对纤维增强复合材料的属性特点,应用坐标系转换原理推导出通孔法测量复合材料残余应力时的应力释放系数公式.以碳纤维增强复合材料为例计算其残余应力测试过程中的释放系数,由此得到释放应变,并将计算结果与同一预应力下用有限元法计算的结果进行了对比.     

以应变电测量法测量复合材料板的残余应力

以应变电测技术和原理测量复合材料板的残余应力,为工程实际提供力学参数.在复合材料板电路板上粘贴电阻应变片,以切割机切割复合材料板,通过静、动态电阻应变仪测量复合材料板上各测点的残余应变值,通过弹性理论公式计算出各测点的残余应力值.得出了一些结论,对实验结果进行分析讨论.     

纤维增强复合材料横向弹性常数

本文提出了一个计算单向纤维增强复合材料横向弹性模量和泊松系数的边界元计算模型.泊松系数ν₁₂、ν₃₂、ν₁₃和ν₂₃的计算结果与实验结果吻合得很好.碳纤维增强复合材料横向模量E₂和E₃的计算值也和实验结果完全吻合,而玻璃纤维/环氧横向模量E₂、E₃的计算值却比实测值偏小约10%～25%.予计这是由于本文计算模型未考虑界面层的性能,它对材料的宏观性能产生了较明显的影响.      

用电化学方法研究碳纤维增强树脂基复合材料的腐蚀失效行为

尝试用电化学阻抗图谱和循环伏安曲线的方法研究电化学表征参数与复合材料腐蚀程度之间的相关性, 用电化学方法研究了环境因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料内部结构的破坏机理。测试结果显示, 碳纤维本身不会发生电化学反应, 主要破坏机理为溶液离子逐渐渗入复合材料内部, 导致复合材料内部结构受到破坏。用电化学方法可以在线获得复合材料内部溶液离子浓度及溶液离子在复合材料内部的渗透过程, 据此可判断复合材料内部在环境因素作用下的变化。      

Simulation and analysis of shape memory alloy fiber reinforced composite based on cohesive zone model

Shape memory alloy (SMA) composite has been wildly used in engineering fields as a smart structure. The interface between SMA fiber and matrix plays an important role in determining the effective response of the composites, since it is the medium through which stress transfer occurs. Therefore, it is necessary to investigate how the variation of interfacial properties affects the overall behavior of the composites. In this paper, the interfacial shear strength and ultimate strength of composites are evaluated based on pull-out tests and uniaxial tensile tests, respectively. An algorithm for the automatic generation of unidirectional random distribution short-fiber reinforced composites is developed by using Monte-Carlo method and boundary condition control equation via ANSYS Parameter Design Language (APDL). Cohesive zone model (CZM) approach is used to characterize the interfacial traction separation relationships. Uniaxial tensile test is simulated using finite element method to study the overall macroscopic behavior of the composite through varying fiber ratios and ambient temperatures. The effects of interfacial debonding process, fiber ratios and ambient temperatures on the response of composites are discussed under the same fiber volume fraction.     

纤维增强复合材料磨削制孔加工技术研究进展

纤维增强复合材料具有优良的物理、化学和力学性能,在航空航天、汽车、新能源等高新技术领域应用广泛。相比传统钻铣刀具,磨料工具在纤维增强复合材料制孔时,加工后的分层、毛刺、撕裂及热损伤等缺陷更小,且磨料工具可以稳定加工硬度更高的纤维增强陶瓷基复合材料。首先,综述了纤维增强复合材料在磨削制孔过程中的切屑形成、磨削轴向力、磨削温度等磨削加工机制;其次,探讨了近年来国内外在纤维增强复合材料磨削制孔技术中的制孔加工缺陷及其评价方法;然后,分析了纤维增强复合材料磨削制孔质量及其影响因素;此外,综述了纤维增强复合材料磨削制孔刀具及其磨损机制等方面的研究现状;最后,对纤维增强复合材料磨削制孔加工技术研究进行了总结和展望。      

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接的拉伸试验及强度估算

为系统地研究T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的力学性能,首先,对T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接进行了面内准静态拉伸试验,探讨了铺层比例、铺层顺序、螺栓直径以及固化工艺对复合材料螺栓连接刚度和2%偏移挤压强度的影响;然后,根据试验结果得到了T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的应力集中减缓因子;最后,结合相应铺层比例的无缺口层合板的应力集中减缓因子和拉伸强度,建立了复合材料连接最终挤压强度的工程算法。结果表明:当螺栓断裂时,连接的最终挤压强度由螺栓剪切强度和螺栓直径/板厚比决定;连接存在挤压和剪切2种失效形式,与±45°铺层比例有关;工程算法的计算结果与试验结果吻合良好。所得试验结果和工程算法可为T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的初步设计提供理论依据和技术支持。      

先驱体浸渍-裂解法制备SiBN纤维增强SiBN陶瓷基复合材料

连续纤维增强氮化物陶瓷基复合材料是耐高温透波材料的主要发展方向,纤维是目前制约耐高温透波复合材料发展的关键,而SiBN陶瓷纤维是一种兼具耐高温、透波、承载的新型陶瓷纤维。以聚硅氮烷为陶瓷先驱体,以SiBN连续陶瓷纤维为增强体,采用先驱体浸渍-裂解法制备了SiBN陶瓷纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,研究了复合材料的热膨胀特性、力学性能、断裂模式以及微观结构。结果表明:SiBN陶瓷纤维增强SiBN陶瓷基复合材料呈现明显的脆性断裂特征,复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别为88.52 MPa和6.6 MPa,纤维的力学性能仍有待于提高。     

纤维束增强复合材料的横向弹塑性性能研究

利用细观力学模型和有限元法研究纤维束复合材料的横向弹塑性力学性能。假设弹性的纤维束均匀地分布于幂硬化弹塑性基体材料中, 并假设纤维束内的纤维接触是光滑的。通过与单丝纤维复合材料的相应结果比较, 研究了纤维成束对复合材料宏观弹塑性性能的影响。通过对硼/铝复合材料的数值研究表明: 纤维的成束对复合材料的横向弹性刚度影响很小, 而对复合材料的塑性变形和切线刚度有显著的影响。      

有一定取向性的碳纤维增强尼龙6复合材料弹性模量的实验和理论研究

纤维增强热塑性聚合物基复合材料注塑成型后往往被认为是各向同性复合材料。然而,注塑成型后纤维会具有一定的取向性,从而使复合材料试样呈现各向异性的特点。为了合理预测此类复合材料的弹性模量,本文对碳纤维增强尼龙6复合材料注塑试样内部的纤维长度和取向分布情况进行了测试和分析,得出了纤维取向的分布规律。随后结合单向纤维增强聚合物基复合材料力学模型和层叠理论,构造出了适用于有一定取向性的纤维增强树脂基复合材料弹性模量预测理论模型,其理论结果和拉伸实验结果吻合较好,表明该预测模型的准确性比较高。      

Modelling post-crack tension-softening behavior of fiber-reinforced materials

We present a general method for the traction-separation law for the cohesive model of fiber reinforced materials with brittle matrix. The proposed approach is based on results from the theories of marked point and fiber processes. The application of stochastic notions in the field of traction-separation laws and tension-softening curves for fiber reinforced composites allows the thorough investigation of the random effect of the fiber reinforcement on cohesive behavior. The presented method accounts for correlations between length and orientation as may be the case in real fiber reinforced composites. We study the influence of randomness of fiber length and degree of anisotropy on the post-crack tension softening curves. It turns out that fiber length and orientation distributions have a tremendous effect on the crack-opening behavior.