贴补复合材料层合板的分析及参数影响

建立贴补复合材料层合板的三维有限元模型,采用渐进失效分析方法分析了贴补结构在拉伸载荷下的失效模式和极限强度。计算结果与实验结果吻合良好,证明模型可以准确地预测贴补结构的极限强度。分析结构的渐进失效过程,根据结构失效时的主导因素将贴补结构的失效模式分为补片失效、胶层失效和混合失效。研究不同补片直径和厚度下贴补结构的失效模式,结合结构的失效模式,讨论贴补参数的变化对贴补结构极限强度的影响,为复合材料贴补时参数的选择提供了一些设计规律。     

复合材料层合板的固化残余应力和变形分析

本文采用非线性有限元方法研究了复合材料层合板在固化后期降温过程的残余应力和变形问题。考虑了材料的热物理与力学性质随温度的变化以及变化率和应力间耦合的影响。给出了一些有意义的结果。     

含纤维波纹缺陷复合材料层合板的损伤分析

纤维波纹是复合材料层合板制备过程中的一种常见缺陷,会导致其刚度和强度显著下降,有效地预测含波纹缺陷复合材料层合板的失效强度具有显著的意义。基于此,本文采用解析的方式分别构造了纤维波纹呈正弦起伏与余弦起伏状的复合材料层合板模型。利用该模型,以Tsai-Wu准则作为失效判据,研究了一种含纤维波纹的碳纤维/环氧树脂复合材料层合板在受压情况下的损伤演化过程,得到了碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的初始损伤强度。与有限元方法计算得到的损伤位置和损伤强度非常吻合,验证了本文算法的正确性。另外,相比于有限元方法,本文所述计算方法具有模型构造简单、计算效率高等优点,便于快速分析和确定含纤维波纹缺陷复合材料层合板的损伤位置与损伤强度。      

复合材料单向层合板损伤失效试验研究

对T300/BMP-316单向层合板静载及疲劳加载各主方向损伤失效进行了试验研究, 为建立该材料各主方向疲劳加载剩余刚度退化表达式及剩余强度退化表达式提供了依据。同时, 获得了该材料剪切非线性因子, 给出了面内剪切疲劳加载试验循环过程中剪切刚度计算公式, 使用渗透剂增强的X射线图像技术对试样静载及疲劳破坏损伤状态进行了无损检测, 并对损伤失效机理形式进行了分析探讨。试验表明, 层合板结构应力分析中考虑材料剪切应力-应变的非线性效应是非常必要的。      

基于Puck理论的复合材料层合板横向剪切失效分析

针对复合材料层合板三维失效分析问题,建立了一种基于Puck失效准则的分析模型。针对Puck失效理论中的基体失效,分别采用遍历法和分区黄金分割法（PGSS）的一维搜索算法预测了不同应力状态下基体失效的断裂面角度,并对比分析了两种算法的计算精度和计算效率。研究表明,PGSS具有较高的搜索精度和搜索效率。在ABAQUS有限元分析平台下,编写了基于Puck失效准则的VUMAT显式用户自定义材料子程序,对复合材料层合板横向（G₂₃）剪切性能进行了数值预测和渐进失效分析,并与试验载荷-位移曲线、DIC测得的应变场及破坏模式进行了对比。分析结果表明:当前的分析模型能较好地预测复合材料层合板G₂₃剪切试验的力学响应和破坏模式。      

复合材料层合板冲击损伤及剩余强度研究进展

综述了受低速冲击后复合材料层合板的损伤研究进展,重点介绍了倍受复合材料工程结构设计师所关注的含损复合材料层合板的剩余拉伸及压缩强度问题,最后对有待于进一步研究的问题进行了展望.     

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据;这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.     

复合材料层合板机械连接处失效过程的数值模拟

考虑了损伤累积、刚度退化和破坏准则,研究了带孔洞复合材料层合板受面内载荷作用的失效过程.应力分析建立在三维有限元模型基础上,借助有限元商业软件ANSYS中的参数化设计语言APDL,考虑材料损伤累积和刚度退化,采用迭代算法,实现了层合板机械连接处的破坏过程模拟.为验证三维有限元模型的有效性,将模拟计算得到的孔边应力分布与文献中的结果进行了比较,两者十分吻合.进一步计算了层合板的位移一挠度曲线,并与实验结果进行了比较,验证了数值模拟的正确性.     

带有初始缺陷船用加筋板极限强度的不确定性分析

由于实际工程结构尺寸及材料性能等存在一定的变异性,这将导致其极限承载能力具有不确定性。首先基于逐步破坏理论,采用非线性有限元方法对带有初始缺陷的典型船用加筋板的极限强度进行研究。采用Monte Carlo数值模拟结合拟合技术建立结构不确定性分析模型。以此为基础,考虑结构尺寸、材料参数及初始缺陷的随机性,对于加筋板极限强度的不确定性进行探讨。为在计算量较小的前提下得到准确的随机统计规律,提出基于可靠性反问题的对数正态三参数拟合方法,并与传统拟合方法进行比较分析。结果表明对数正态三参数法可高效准确地对于加筋板极限强度的统计特性进行预报,为船舶的安全性分析提供基础。     

复合材料层合板侵彻行为的研究

采用显式有限元软件ABAQUS/Explicit模拟了纤维增强复合材料层合板的侵彻行为。重点分析了弹头形状、纤维铺设方式、层数等因素对层合板抗弹性能的影响,给出了层合板在不同弹头冲击下的侵彻破坏特征和模态,获得了弹道极限速度。模拟结果与理论计算结果及已有实验结果进行了对比,吻合较好,这可为工程实际提供参考。     

复合材料大变形任意加筋板单元

本文构造了用于复合材料偏心加筋板状结构大变形分析的任意加筋板单元。在此模型中,肋骨可放置在板单元内任意位置和任意方向,因而在网格划分时,可不必顾及肋骨的具体位置。在板和肋骨的基本方程中,引用Von-Karman大变形理论计及大变形的影响,按照 Mindlin-Reissoner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。任意加筋板单元具有和常规板单元相同的自由度。数值计算表明本文的有限元模型具有很高的精度。     

弹性支持任意铺层加筋板的非线性稳定性分析

本文利用能量变分原理和广义傅里叶级数法对具有弹性支持的复合材料任意铺层加筋板在面内各种组合载荷作用下的非线性稳定性特性进行了研究.通过采用牛顿一梯度法数值求解,证明前屈曲压-弯耦合效应对弹性支持的复合材料加筋板的屈曲和后屈曲特性均产生了明显的影响,以致于在压、剪载荷作用的开始即产生了横向翘曲变形.只有当加筋板的四边为夹支时,这种前屈曲耦合效应才不明显.除此之外,还得到了一些与非加筋的层合板完全不同的屈曲和后屈曲特性.所得结果与文献上的相关计算或实验结果对比后均吻合很好,证明本文的理论分析和数值计算是正确有效的.     

加劲板BEM—FEM耦联自由振动分析

本文将加劲板分为薄板和结合梁（格栅）两部分，薄板部分用无奇点边界元法（ＢＥＭ）处理，而格栅用有限元法（ＦＥＭ）处理，分别建立各自的方程，然后根据板与梁之间的平衡和协调条件加以耦合，导出加劲板的自振特征方程，从而求解各阶频率和振型。本方法适用于任意形状、任意边界条件的加劲板，且精度良好     

基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元

基于一阶剪切变形理论(FSDT),本文构造一种新型的20自由度(每结点5个自由度),四边形复合材料层合板单元,适合于任意铺设情形的层合板的计算。它是按如下方式构造的:(1) 单元每边的转角和剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定;(2) 对单元域内的转角场和剪应变场进行合理的插值;(3) 引入平面内双线性位移场来体现层合板面内与弯曲的耦合作用。本文单元,记为TMQ20,不存在剪切闭锁现象,在计算单层的各向同性板时可以退化为文[1]中优质的中厚板单元TMQ。在文[2]中将给出本文单元对于层合板问题的详细数值算例。     

复合材料高速船极限承载能力计算与可靠性分析

本文探讨复合材料高速船极限承载能力与可靠性。将Johnson梁柱极限强度公式推广应用于复合材料帽形加筋板格的极限强度分析,船体失效定义为船体所遭受的总纵冲击弯矩超过甲板/船底帽形加筋板格的极限强度。采用响应面法分析了复合材料高速船船体的可靠性,并计算了各随机变量的重要性因子和不确定性因子。文中给出的结论对复合材料高速船船体设计和进一步研究具有参考意义。     

船舶结构极限强度分析的理想结构单元法

基于理想结构单元法的基本思想,用加筋板单元模拟拉伸/压缩载荷作用下船体的屈曲/塑性破坏行为,并将其应用于船舶结构极限强度的计算,建立了一种面向船舶结构设计的新的极限强度计算方法,为船舶结构设计载荷的确定和安全性评估提供了一种快速可靠的方法。     

复合材料加筋板的动力分析

本文构造了九自由度三角形拟协调罚函数复合材料板单元与六自由度复合材料梁单元,考虑了剪切变形与转动惯量的影响。用这两种单元对复合材料加筋板的自由振动、阻尼特性和瞬态响应问题进行了研究,给出一些有益结果。      

用杂交法改善应力解的新型复合材料层合板单元

本文给出一种基于一阶剪切变形理论(FSDT)新型的、无闭锁的位移型四边形复合材料层合板单元TMQ20的列式;并根据Hellinger-Reissner变分原理,针对位移型复合材料板单元提出了一种新型应力杂交化后处理方法来改善单元计算应力的能力,使位移型单元可以简单和正确地预测层合板的应力,特别是层间横向剪应力的解。数值算例表明,经过改善的TMQ20单元具有位移型和杂交型有限元的双重优点,它不仅自由度少,列式简单,而且对位移和应力都可以得到高精度的结果,适用于从薄到中等厚度的复合材料层合板的计算。本文所提出的杂交化后处理方法的概念适用于改善任何种类的位移型单元的应力解。     

层合板极限强度判据及其最大承载能力的工程设计

在研究层合板在复杂载荷下的极限强度时,提出了基于层合板基本强度和最佳应力比实验强度所确定的层合板张量型强度准则和层合板联合强度理论.通过建立新的层合板铺层刚度退化理论并用实验测定“均衡型刚度退化系数”,实现了LPF包络线预测;进而提出了层合板退化张量型强度准则.该准则是一种由单向板基本刚度、强度性能,辅助以均衡型刚度退化系数,预测各种铺层序列的层合板在复杂载荷下最大承载能力的强度判据和工程方法.上述强度准则与[±θ]s,层合板的单向拉伸,[±45]s、[0/90]s层合板平板拉剪,以及[0/90]s、[0/±45]s和[0/45]s层合管状件的双向载荷强度实验结果相当吻合.所提出的层合板极限强度判据和最大承载能力的估算方法,对玻纤复合材料层合结构的工程强度设计,具有实际的指导意义和实用价值.