开口及边界条件对复合材料三分之一柱面壳压缩屈曲性能的影响

研究了完整、开口周边加强及开口加口盖3种型式的复合材料三分之一柱面壳的压缩屈曲性能,考查了3种典型复合材料柱面壳的轴压屈曲强度,分析了开口及口盖对柱面壳压缩稳定性的影响.结果表明:开口大大降低了柱面壳的轴压屈曲强度;口盖可以部分恢复其强度,但很难达到开口之前的水平.进行了开口加口盖经编织物铺层三分之一柱面壳轴向压缩试验,其轴压屈曲强度比用平面织物制造的相同结构的降低很多.为了探究其轴压屈曲强度比同类结构偏低很多的原因,进行了非均匀加载复合材料柱面壳模型有限元分析.结果表明:柱面壳边界不均匀加载会降低其承载能力,根据柱面壳刚度分布制定边界载荷可以提高其承载能力.     

含穿透损伤复合材料桨叶结构静强度分析

受弹伤后桨叶结构的静强度、动态特性和剩余寿命等是复合材料直升机旋翼桨叶结构损伤容限设计必须研究的问题.选取某直升机复合材料桨叶靠近桨根的翼段结构,利用CATIA建立三维实体模型,并导入ANSYS软件建立有限元分析模型,分别对翼段不同位置、不同方向的穿透损伤情况进行桨叶结构静强度分析.应用APDL参数化设计语言,开发了计...     

小尺寸试件层合板低速冲击后的剩余压缩强度

使用一种小尺寸试件试验方法来测量复合材料层合板低速冲击后的剩余压缩强度(CAI),以便减少试验费用,降低材料研制成本和周期。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余压缩强度估算的一种软化夹杂模型。该模型将冲击损伤等效成圆形低刚度的夹杂,用8节点等参元分析层合板的应力应变状态,以点应力准则为压缩破坏判据。理论分析结果与试验对比显示,该模型简单有效。     

3钉带衬套复合材料/金属接头拉伸疲劳性能

带衬套沉头螺栓连接已经在复合材料连接结构中得到了一定应用,需要对其疲劳性能进行研究.本工作在单搭接 3 钉带衬套碳纤维复合材料/钛合金沉头螺栓连接接头实验研究基础上,建立复合材料及金属结构的疲劳分析模型,对结构的疲劳性能进行有限元分析,并与无衬套接头模型进行对比,研究衬套对接头疲劳性能的影响.结果表明,使用衬套比仅采用螺杆过盈装配能够更加有效地提升接头的疲劳寿命,其中层合板寿命提高了约 3 .6 倍,钛合金板寿命提高了约 2 .7 倍,螺栓寿命提升了约 1 4 倍,并且仅出现钛合金板破坏,紧固件不破坏.结合实验结果分析发现,由于复合材料和金属材料自身疲劳性能的差异,其机械连接结构的疲劳破坏模式会因载荷水平的不同而发生变化;当载荷水平较低时,金属结构更容易发生破坏.     

温度对碳纤维平纹布正交层合板拉伸疲劳性能的影响

温度环境可降低复合材料的疲劳性能,在确定复合材料结构寿命时须考虑温度的影响.本试验测量了碳纤维平纹布正交层合板在低温干态(CTD)、常温干态(RTD)和高温干态(ETD)环境下的拉伸疲劳性能,获得了三种环境下复合材料的S-N曲线,分析了温度对复合材料疲劳性能的影响.基于试验结果,建立了温度条件下复合材料疲劳性能有限元分析模型,对复合材料的疲劳寿命进行了估算并分析了其损伤机理.线性拟合结果显示:在106 疲劳寿命下,与RTD环境疲劳最大应力相比,CTD环境疲劳最大应力略有降低,而ETD环境疲劳最大应力下降明显. CTD环境下,试验件的疲劳破坏断口比较齐整,纤维基本在同一纵向位置断裂,断口附近基体基本完好,无分层现象;RTD环境下,试验件断口处也没有明显分层现象;ETD环境下,试验件出现了明显的分层,同时还有纤维拔出,且断口处基体开裂程度严重.有限元分析表明,CTD环境下试验件的疲劳断裂呈现脆断的特征,断裂截面平整,断裂区域窄;RTD与ETD环境下试验件的纤维疲劳断裂损伤的断裂截面不平整,断口不一,断裂区域相对较宽.     

挖补复合材料层合板的拉伸和压缩性能研究现状

随着复合材料层合板结构应用的不断扩大,其修理问题也日益凸出。挖补修理在层合板修理中占有举足轻重的地位,而挖补后结构的拉伸和压缩性能恢复是表征修理质量极其重要的指标,因而对挖补复合材料层合板拉伸和压缩性能的研究具有重要意义。文中总结了挖补层合板拉伸和压缩性能的研究现状,对材料、工艺、构型及环境等参数的影响进行了分析,据此给出了挖补修理优选方案,可供复合材料结构挖补修理设计参考。     

挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究进展

随着纤维增强复合材料结构的应用更加广泛,其结构修理问题日渐凸显。挖补修理在复合材料层合板修理中具有重要地位,而修理后结构的疲劳性能是评价结构修理质量的重要依据,因此对复合材料挖补修理层合板疲劳性能的研究意义重大。文中从模型和试验两方面总结了挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究现状,指出了当前挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究存在的问题,可为复合材料结构挖补修理研究和工程应用提供参考。     

挖补修理复合材料层合板拉伸性能研究

在试验研究的基础上,建立三维损伤累积模型研究拉伸载荷下挖补修理复合材料层合板的损伤扩展及其最终破坏规律,并讨论挖补角对挖补修理结构拉伸性能的影响,计算结果和试验结果吻合良好。研究结果表明:挖补胶层中的损伤首先发生在胶层连接0°铺层的地方,然后向四周扩展,当损伤扩展到整个胶层面积约40%时,挖补层合板的应力-位移曲线发生较大的刚度下降,此时的载荷为胶层失效载荷。母板和补片在胶层发生损伤前就出现了少量损伤,在胶层完全破坏前,损伤会沿胶界面扩展;在胶层完全破坏后,损伤会沿母板最窄处向两侧自由边快速扩展,而补片在胶层失效后就停止损伤;胶层失效载荷随挖补角的增大而减小,但挖补角的增大会使胶层破坏后母板的承载能力增加,从而使挖补层合板的最终破坏载荷反而增加。在工程应用中,挖补角的选择应综合考虑结构设计要求、工艺和功能等多方面的因素。     

复合材料层合板沉头多钉连接钉载分配研究

沉头螺栓连接因具有改善钉载分配不均匀性,保持结构表面光滑等优点,在飞行器复合材料表面结构连接中得到了广泛应用。但是国内外对于沉头连接钉载分配却少有研究,通过ABAQUS软件建立复合材料层合板与金属沉头螺栓多钉连接三维有限元模型,计算沉头连接的钉载分配情况。对比凸头连接的载荷分配结果发现:沉头连接对钉载分配有一定的改善作用,且金属板厚度的改变对沉头螺栓载荷分配影响很小。