嵌入式共固化复合材料阻尼结构低速冲击性能数值模拟

嵌入式共固化复合材料阻尼结构是一种新型阻尼处理结构,在航空、航天、高速列车等高科技领域有广阔的应用前景。采用LS-DYNA显式动力学软件建立了该结构的有限元分析模型,对这种新型阻尼结构的低速冲击性能进行数值模拟,并将数值模拟结果与实验数据进行比较以说明模拟方法的有效性。结果表明这种新型复合材料阻尼结构的抗冲击性能大大优于相同材质的复合材料结构。     

整体中空复合材料低速冲击响应研究

整体中空复合材料是一种新型的结构、功能材料,具有优异的力学性能与可设计性.本工作选取两种不同芯层高度的复合材料进行低速冲击相关实验研究:5mm材料进行不同级别能量的低速冲击实验,7mm材料进行铝蒙皮前后低速冲击对比实验.借助ORIGIN软件对材料低速冲击过程中的主要参数(速度、位移、冲击载荷、吸收能量等)进行了详细分析.结果表明:低速冲击过程中的初始损伤能量可用来表征材料的破坏程度;铝蒙皮有利于增强材料的抗低速冲击性能.     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构低速冲击性能的数值模拟

Abstract：Embedded and co-cured composite damping structure is a new damping processing structure, which can be widely used in high-tech fields such as aviation, aerospace, high-speed train, etc. Explicit dynamic analysis software LS-DYNA was used to simulate low velocity impact on embedded and co-cured composite damping structure panels. The simulation results are compared with the experimental data to illustrate the validity of modeling and calculation method. The result of simulation shows that the impact resistance of embedded and co-cured composite damping structure is much higher than composite structure without viscoelastic damping material.     

碳纤维复合材料层压板低速冲击损伤性能分析

碳纤维(Carbon fiber,CF)增强环氧树脂(Epoxy resin,EP)基复合材料因其优异的抗冲击性而被广泛应用在飞机结构件。考虑到飞机在飞行过程中部分结构会遭受多次冲击的工况,设计CF/EP复合材料层合板的多次冲击及冲击后压缩试验。通过对多次冲击的力学响应曲线分析及内部损伤图观测,得到不同冲击载荷对复合材料多次冲击的力学性能影响及多次冲击过程中的主要损伤机制和损伤传播模式。在此基础上,对冲击后的剩余压缩强度及失效形貌进行了分析,得到了CF/EP复合材料层合板在冲击后的损伤容限及失效模式。结果表明：冲击次数的提高将导致复合材料的吸能性下降,抗冲击性下降。在多次冲击过程中,复合材料层合板的损伤模式为自下而上。此外,随冲击能级变化,复合材料在冲击后压缩过程中的主要损伤模式有所变化。     

复合材料机翼格栅结构低速冲击损伤仿真研究

针对采用格栅结构的某无人机机翼,研究了机翼格栅结构在承受低速冲击下结构材料的损伤特性;在ABAQUS软件中建立了冲击损伤过程有限元模型,采用Hashin-Rotem应变失效准则和Camanho参数退化方式,对无穿透破坏前提下的单侧带蒙皮格栅结构进行了冲击仿真实验.研究了针对不同格栅结构构型、不同冲击位置、不同冲击能量等情况下的损伤特性.结果表明:对结构不同位置进行冲击时,结构损伤类型、面积、扩展特性等都有极大的不同,而且复合材料结构不同铺层的损伤特性也有很大差异;验证了格栅结构对损伤扩散具有良好的限制能力,表明格栅结构具有很好的抗损伤能力.     

表面带金属层的复合材料层合板低速冲击数值模拟

使用Abaqus/Explicit建立表面带金属层的复合材料层合板和复合材料裸板低速冲击有限元模型,与已有文献对比验证结果的可靠性,研究结果对复合抗弹结构有很好的借鉴和参考价值.采用Johnson-Cook本构关系模拟铝合金和钛合金层的力学行为,选用Hashin准则对复合材料层内损伤进行失效判断,用二次应力准则来模拟粘结层Cohesive单元的层间失效.结果表明,相同铺层与冲击能量下,表面带铝合金层合板对内部纤维的保护性能优于表面带钛合金层合板,表面带钛合金层合板的抗冲击性能优于复合材料裸板;[§/0°/90°/0°/90°/0°]s铺层层合板的抗冲击性能优于[§/-45°/90°/0°/45°/-45°]s铺层层合板的抗冲击性能;在子弹刚冲破层合板与子弹完全离开层合板阶段,表面带铝合金层合板对子弹动能吸收率最大.     

复合材料机翼格栅结构低速冲击损伤仿真研究

针对采用格栅结构的某无人机机翼, 研究了机翼格栅结构在承受低速冲击下结构材料的损伤特性; 在ABAQUS软件中建立了冲击损伤过程有限元模型, 采用Hashin-Rotem应变失效准则和Camanho参数退化方式, 对无穿透破坏前提下的单侧带蒙皮格栅结构进行了冲击仿真实验。研究了针对不同格栅结构构型、 不同冲击位置、 不同冲击能量等情况下的损伤特性。结果表明: 对结构不同位置进行冲击时, 结构损伤类型、 面积、 扩展特性等都有极大的不同, 而且复合材料结构不同铺层的损伤特性也有很大差异; 验证了格栅结构对损伤扩散具有良好的限制能力, 表明格栅结构具有很好的抗损伤能力。     

缝合复合材料低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,采用空间杆单元来描述缝线,结合试验系统地研究了缝合复合材料的低速冲击损伤问题。采用修正的赫兹接触定律计算冲击接触力,NewMark直接积分法求解运动方程,求解冲击过程中的应力应变;在Chang和Hou等的分层扩展准则基础上,提出一修正的分层扩展准则并考虑纤维断裂,建立了分析低速冲击损伤面积的方法;对相同铺层的缝合与未缝合复合材料层板进行了低速冲击试验。分析结果与实验结果具有良好的一致性,证明本文中提出的修正的分层扩展准则是正确的。计算及试验结果均表明,在相同冲击能量作用下,缝合使冲击损伤面积明显减小。      

循环挤出加工对木粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

考察了高密度聚乙烯(HDPE)基木塑复合材料(WPC)在经过挤出机7次循环挤出后性能的变化情况,并加入抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010),研究了1010在循环加工过程中对材料性能的影响。实验结果表明,WPC的力学性能会随着加工次数增加明显下降,弯曲、拉伸和冲击强度分别下降约16%、20%和25%。WPC的结晶度则先降低后上升,储能模量和复数黏度都会不同程度地降低,热重分析则显示填充相木粉和基体HDPE都只发生了有限降解。而1010的加入使WPC的弯曲和拉伸强度略有降低,但会使冲击强度升高3%~7%,使WPC的结晶度提高1%~8%,使WPC的吸水率增大1.5%~7%。     

碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能及其模拟

本文基于实验和数值模拟方法研究了碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能.采用商业有限元软件ABAQUS建立了层间/层内两类混杂复合材料低速冲击模型,采用基于应变形式的Hashin失效准则模拟面内损伤;零厚度Cohesive内聚力单元预测层间分层;编写VUMAT子程序定义渐进失效过程,并结合C扫和Micro...     

不同预拉力和冲击能量下BFRP筋的横向抗冲击性能

为研究玄武岩纤维增强树脂基复合材料(Basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋的低速冲击性能,通过落锤冲击试验测试了不同预拉力比值(2％、10％、20％和30％)和不同能量(12.76-31.90J)作用下BFRP筋的低速冲击响应,同时测试了未完全断裂试件的残余拉伸承载力.结果 表明:...     

基于FBG传感技术的复合材料T型加筋板低速冲击损伤监测

针对碳纤维增强树脂复合材料低速冲击损伤的实时监测,设计将布拉格光纤光栅（FBG）传感器埋植在复合材料T型加筋板结构的三角填充区,在线监测复合材料T型加筋板冲击损伤过程。分别将FBG传感器埋植于复合材料层合板内部和复合材料T型加筋板的三角填充区,对比FBG传感器的埋入对复合材料层合板和复合材料T型加筋板力学性能的影响。结果表明,内埋FBG传感器的复合材料层合板试样的拉伸强度比未埋植传感器的层合板试样降低了约5%,但在FBG传感器的破坏应变范围内,FBG传感器可以准确、实时地监测复合材料的应变信号。将FBG传感器埋入复合材料T型加筋板的三角填充区,内埋FBG传感器的T型加筋板样件压缩破坏载荷与未埋植的样件基本一致。通过对比T型加筋板蒙皮上冲击位置、冲击能量对FBG传感器测得的冲击过程持续时间和最大应变值的影响,表明冲击过程持续时间随着冲击能量增大而延长,最大应变值随着冲击距离的增加呈下降趋势,而最大应变值随着冲击能量的增大呈上升趋势。利用FBG传感器测得的应变信号可初步实现对复合材料T型加筋板蒙皮冲击损伤位置及冲击能量的实时监测。      

Impact damage and residual strengths of woven fabric glass/polyester laminates

Thick glass/polyester laminates of four different dimensions subject to low-velocity impact have been investigated using a guided drop-weight test rig with a flat-ended impactor in ascending energy order up to 3100 J. The characteristics of impact response and energy absorption have been determined by impact force and absorbed energy histories, and impact damage incurred was examined by cross-sectioning and ultrasonic C-scanning. Residual compressive strengths were measured, and the damage tolerance of the laminates was assessed by the retaining ability of these strengths. It is found that the salient features in force-time history curves can be related to fracture processes occurring in the laminates, and that the established relationships between impact force and incident kinetic energy (IKE) can be used to identify damage initiation without examining impacted specimens, which is later confirmed by the damage force maps. The constructed damage force and energy maps have shown not only damage initiation in an unstable fashion but also increase of damage size with IKE and force until reaching their load-bearing capabilities. Residual compressive strengths are reduced very rapidly with the increase of impact damage due to extensive delamination.     

格栅-蜂窝混式芯体夹芯结构的低速冲击性能

针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷,提出一种格栅-蜂窝混式芯体,并对其低速冲击性能进行了研究.采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究;其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设,建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型,实验与仿真结果吻合良好;最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝...     

低速冲击下复合材料层板压缩许用值

为评估航空结构中常用的T300级和T800级2种碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的冲击后压缩许用值,对2种材料体系下具有不同厚度及铺层的层板进行了低速冲击和冲击后压缩试验;讨论了冲击能量、凹坑深度、损伤面积及冲击后剩余压缩强度等之间的关系,以及厚度、铺层、表面防护等因素对其造成的影响;重点关注了2种材料体系下各组层板的目视勉强可见冲击损伤(BVID)形成条件以及含BVID层板的剩余强度.结果表明:厚度及铺层对层板的凹坑深度-冲击能量关系影响较大,而对冲击后压缩强度-凹坑深度及冲击后压缩破坏应变-凹坑深度关系影响较小,且在相同铺层比例下,BVID对应的冲击能量随厚度近似呈线性增长.X850层板的损伤阻抗性能明显优于CCF300/5228层板的,但二者损伤容限性能相当.加铜网、涂漆等表面处理显著提高了层板的损伤阻抗,但对损伤容限性能影响不大;在损伤不超过BVID时,所有CCF300/5228试件的压缩破坏应变均大于4 000 με,而X850材料体系下压缩破坏应变均在3 000 με之上.     

泡沫混凝土填充薄壁管的低速弯曲性能研究

目的 为提高工程防护结构的动态弯曲性能,提出一种利用泡沫混凝土作为芯层材料的填充薄壁方管结构形式。方法 对填充不同密度的泡沫混凝土薄壁方管进行准静态和动态低速冲击三点弯曲实验,研究填充结构的弯曲行为。通过数值模拟分析管壁厚度、芯层长度以及冲击速度对填充结构弯曲性能的影响,探讨芯层与管壁二者间的相互作用以及协同变形机理。结果 相比空管结构,准静态和动态弯曲下泡沫混凝土填充管的平均压溃载荷可分别提高88.26%和80.04%。结论 准静态下填充管结构的弯曲性能由局部失稳凹陷和全局弯曲共同决定,而动态下的弯曲性能则由局部坍塌变形主导。     

结构参数对CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板低速冲击性能的影响

针对蜂窝结构抗冲击性能进行有限元仿真,验证模型与实验结果的一致性,主要研究了碳纤维增强树脂基复合材 料(CFRP)面板-功能梯度蜂窝夹层板在低速冲击下的防护特性。通过改变壁厚在传统蜂窝结构中引入密度梯度,针对不同冲击能量和不同梯度系数α,对比研究了功能梯度夹层板和传统夹层板的吸能特性。结果表明,冲击能量较小时α>1的蜂窝夹层板具有更好的吸能特性,随着冲击能量的增大,具有吸能优越性的芯层从α>1逐渐向α<1转变,当冲击能量足够击穿整个夹层板时,α<1的夹层板具有更好的吸能特性。在20 J、50 J和100 J冲击能量下,同等质量下的功能梯度夹层板比传统夹层板吸能分别提升7.54%、5.33%和8.65%。     

介电型石墨烯吸波复合材料研究进展

伴随着智能通信的迅猛发展,信息传输带来的电磁辐射问题愈发严峻,传统吸波材料存在衰减能力差、阻抗匹配难以调节等缺点,已不能满足实际应用。本文基于电磁损耗理论、多组分协同损耗和三维多孔气凝胶构筑的设计策略,应用水热合成法制备石墨烯气凝胶(GA),在溶剂热反应中添加由MnO₂包覆的镍锌铁氧体(NiZnFe₂O₄@MnO₂)微球,与石墨烯介电材料复合,制备超蓬松磁掺杂石墨烯基复合气凝胶(NiZnFe₂O₄@MnO₂/GA)粉体。实验测试了复合气凝胶的吸波特性,分析了热处理温度和磁掺杂量对复合气凝胶吸波性能的影响机制及规律。结果可知,热处理温度为300℃、镍锌铁氧体掺杂量为15wt%时,复合气凝胶吸波效果最优。其匹配厚度为2.9 mm时,在频率为8.72 GHz处,最小反射损耗(RL_min)达到了−47.27 dB,有效吸收带宽(EAB)为3.2 GHz,覆盖了X波段的大部分,且填料负载率仅为10wt%。本研究解决了材料阻抗匹配性差的问题,优化了吸波材料的介电损耗和磁损耗能力,满足了对吸波材料“薄、轻、宽、强”的应用要求。