缝合复合材料层板的面内拉伸强度预报

建立了缝合复合材料层板的面内拉伸强度模型,该模型考虑了缝合线对缝合层板拉伸强度的影响,将缝合线等效为椭圆形夹杂,应用含椭圆形夹杂的杂交应力单元建立了该模型的细节应力分析方法,通过引入特征长度的概念,采用点应力准则和最大应力判据实现了缝合层板的拉伸强度预报.试验数据和预报结果吻合较好,证明了该模型的有效性.同时系统讨论缝合参数对拉伸强度的影响规律,得到了一些重要结论.     

缝纫层合板的本构关系研究(I)——缝纫单层板有效弹性常数分析

建立了缝纫单层板的有效弹性常数分析模型。通过考虑缝纫引起的铺层纤维的面内弯曲和非均匀分布,分析了缝纫参数(如缝纫行距、针距和缝线半径)对等效弹性常数的影响。结果表明,当缝纫方向垂直于铺层纤维方向时,随缝纫行距的减小或缝线半径的增大,纵向模量逐渐下降,而横向模量和剪切模量则逐渐提高;缝纫针距对纵向模量影响很小。     

缝合复合材料弹性性能分析的新方法———流场模型Ⅰ: 缝合单层板弹性常数计算

为了求解缝合层合板中单层的弹性常数, 基于单层面内纤维走向与绕流流场中流线形状的相似性, 建立了与缝合单胞相对应的有限空间定常二维无粘性不可压理想流体的无旋绕流流场模型, 流场的几何边界与单胞的边界一致, 绕流物面与缝线截面形状一致。用该流场的速度变化描述单胞面内纤维体积含量的变化, 用流线形状描述缝线周围面内纤维的变形。以流场模型为基础, 用细观力学方法和均匀化方法求得缝合单层的弹性常数,结果与实验值吻合。最后用流场模型分析了缝合参数对缝合单层弹性常数的影响。      

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。      

厚度对缝纫层合板力学性能的影响

比较了缝纫、无缝纫层合板力学性能差异,同时考虑了缝纫引起的厚度变化。通过拉伸、压缩试验研究了缝纫对层合板及含孔板的拉伸、压缩强度和破坏机理的影响。研究结果表明,缝纫带来的厚度变化影响了面内纤维体积含量,这对评定缝纫层合板力学性能至关重要。      

T300 帘子布/ QY9512 缝纫含孔板拉伸性能

针对T300 帘子布/ Q Y9512 缝纫含孔板的面内拉伸性能, 进行了实验研究, 并考虑到缝纫对含孔层合板面内性能的影响建立了有限元分析模型。结果表明, 该模型能有效地分析缝纫含孔板的拉伸性能, 缝纫后含孔板拉伸强度没有变化或略有提高, 而缝纫方向对孔板的拉伸强度无明显影响。      

拉压不同模量的缝合三明治夹芯结构梁弯曲性能

为了建立具有不同拉伸和压缩弹性模量的缝合三明治夹芯结构梁的中性层位置和弯曲刚度的理论预测方法,并进行相关试验验证。首先,将缝合三明治夹芯结构梁看成准层状结构,考虑其拉压不同模量及材料上下面板几何尺寸不同的特点,基于修正的Reissner层板理论,建立了弯曲刚度和中性层位置的理论预测方法;其次,开展了缝合三明治夹芯结构梁的三点弯曲试验,并采用数字图像相关(DIC)法测试了中性层位置;最后,对弯曲刚度和中性层位置进行了理论预测。结果表明:理论预测值与试验结果吻合较好,证明了该理论预测方法的有效性。     

缝合复合材料层板低速冲击损伤数值模拟

建立了缝合复合材料层板在低速冲击载荷下的渐进损伤分析模型。模型中采用空间杆单元模拟缝线的作用;采用三维实体单元模拟缝合层板,通过基于应变描述的Hashin准则,结合相应的材料性能退化方案模拟层板的损伤和演化;采用界面单元模拟层间界面,结合传统的应力失效判据和断裂力学中的应变能释放率准则判断分层的起始和扩展规律。通过对碳800环氧树脂复合材料（T800/5228）层板的数值仿真结果和试验结果相比较,验证了模型的正确性,同时讨论了不同冲击能量下缝合层板的损伤规律。研究结果表明：缝线能够有效地抑制层板的分层损伤扩展;相同冲击能量下缝合与未缝合层板的基体损伤和纤维损伤在厚度分布上相似,缝合层板的损伤都要小于未缝合层板。     

含冲击损伤缝合层板剩余压缩强度

通过对含冲击损伤缝合复合材料层板进行压缩实验,揭示了含损伤缝合层板在压缩载荷下的破坏模式和破坏机制.将冲击损伤等效为圆孔,利用杂交单元计算冲击后缝合层板的应力分布,采用基于特征曲线概念的点应力判据预测了含损伤缝合层板的剩余压缩强度.研究结果表明:冲击损伤近似为圆形;缝合和未缝合层板冲击后压缩的损伤模式不同;采用开口等效法可以有效分析缝合层板的剩余压缩强度;特征距离、损伤面积是影响计算结果的主要因素.     

缝纫泡沫夹层结构弯曲性能研究

本文对缝纫泡沫夹层复合材料进行了理论分析和三点弯曲实验研究.讨论了缝纫夹芯剪切模量的计算方法和计算公式.实验表明缝纫提高了泡沫夹层板三点弯曲破坏载荷.针对实验结果研究了材料性能和试件几何的关系,给出了缝纫泡沫夹层板破坏模式的判别公式并基于经典夹层梁理论建立了初始破坏载荷预估方法,预估值和实验值符合较好.