基于损伤模型的2024-O-T42搭接件动态拉伸失效分析

针对高锁螺栓单搭接件所采用的2024-O-T42铝合金,设计狗骨试验件进行准静态与动态拉伸试验,设计六种不同的缺口试验件进行准静态拉伸试验。通过开展拉伸失效仿真,对比Hartley-Srinivasan与Johnson-Cook两种本构模型,以及最大塑性应变失效准则、Johnson-Cook失效模型与GISSMO损伤模型三种失效模型。结果表明,在试验的100 s^-1应变率范围内,2024-O-T42铝合金材料流动应力应变率效应不明显,其最大相差约为5%;在不考虑应变率及温度的情况下,Hartley-Srinivasan本构模型比Johnson-Cook本构模型更能准确表征材料塑性段的力学行为;采用Hartley-Srinivasan本构模型和GISSMO损伤模型,高锁螺栓单搭接件在1 m/s、3 m/s、5 m/s拉伸速度下的仿真结果与试验结果吻合更好,且仿真获得的失效位移相对试验失效位移平均值分别偏大4.7%、偏大4.3%和偏小7.4%。     

复合材料波纹板准静态压溃仿真与试验及材料模型参数分析

通过材料性能试验和复合材料波纹板准静态压溃试验,获得了T700/3234复合材料的力学性能参数及波纹板的压溃吸能结果。应用LS-DYNA进行复合材料波纹板压溃仿真分析,仿真结果与试验结果吻合较好,验证了复合材料波纹板有限元模型和材料模型的正确性。对材料模型参数进行变量分析,基于正交试验数据拟合得到了试件比吸能与其材料参数之间的非线性映射关系,构造出了相应的响应表面,对材料参数的选取方案进行了优化。结果表明,优化方法能够有效辅助有限元建模,大大减少模型试算次数。     

不同波纹梁结构吸能特性仿真分析

运用LS-DYNA有限元软件对方形、三角形、正弦形和梯形4种金属波纹梁结构进行了准静态加载和动态冲击加载试验仿真分析。从其变形模式和吸能特性两个方面,对仿真结果的数据进行对比分析。仿真结果表明:正弦波纹梁和梯形波纹梁形状保持较好;正弦波纹梁比吸能最大,且其初始峰值载荷和平均压溃载荷明显最小。所以选取正弦波纹梁作为机身货舱地板以下吸能结构能够取得良好的吸能特性和缓冲效果。     

Kevlar织物软壁包容环抗冲击数值仿真分析研究

针对机匣包容性问题,提出Kevlar平纹织物本构模型的拟合方法,分别采用单层壳、多层壳、层合壳三种有限元建模方式对Kevlar织物软壁包容环弹道冲击过程进行模拟,发展了机匣包容性仿真分析模型。结果表明,多层壳模型和层合壳模型的计算结果更准确,并且可以通过调节摩擦因子使仿真结果与试验结果更接近。在此基础上研究了撞击点位置和弹体入射姿态对弹体剩余速度的影响。结果表明:在较小偏移距离内,撞击点的位置对剩余速度的影响可以忽略不计;滚转角和俯仰角对剩余速度影响较小,而对于偏航角,当角度大于30°时,剩余速度会随着角度的增大明显呈下降趋势,且弹体出射姿态也会发生明显变化。     

湿热环境对CFRP层板压缩性能的影响

湿热环境对CFRP层板力学性能产生重要影响。通过加速吸湿试验研究T700/3228层板的吸湿特性,对比分析[0]16及[90]16层板经不同湿热环境处理后的性能退化情况,通过微观结构表征阐述其压缩退化机理。结果表明,随着温度及湿度升高,[90]16层板中的树脂基体在压缩载荷下发生的膨胀与热膨胀及湿膨胀叠加,导致[90]16层板的压缩强度下降;[0]16层板中的纤维在压缩载荷下倾向于随树脂基体发生局部屈曲变形,导致[0]16层板的压缩强度下降。     

湿热环境对CFRP层板压缩性能的影响EI北大核心CSCD

湿热环境对CFRP层板力学性能产生重要影响。通过加速吸湿试验研究T700/3228层板的吸湿特性,对比分析[0]16及[90]16层板经不同湿热环境处理后的性能退化情况,通过微观结构表征阐述其压缩退化机理。结果表明,随着温度及湿度升高,[90]16层板中的树脂基体在压缩载荷下发生的膨胀与热膨胀及湿膨胀叠加,导致[90]16层板的压缩强度下降;[0]16层板中的纤维在压缩载荷下倾向于随树脂基体发生局部屈曲变形,导致[0]16层板的压缩强度下降。     

典型螺栓连接CFRP薄壁C型柱轴压失效行为:试验及数值模拟

为了研究典型螺栓连接碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)薄壁C型柱的轴压失效模式及吸能特性,进行了5组不同铺层方式C型柱的准静态轴压试验,即[0/90]_4s、[±45]_4s、[±45/90₂/0₄]_s、[±45/90/0₂/90/0₂]_s、[90/±45/0]_2s,获得其失效形貌及载荷-位移曲线。采用Lavadèze单层壳单元模型、Puck-Yamada失效准则、层间胶粘单元及螺栓模型,建立C型柱层合壳模型进行轴压仿真,并与试验失效形貌、载荷-位移曲线及吸能特性评估指标进行对比分析。结果表明:0°、±45°、90°纤维可以显著影响C型柱轴压失效模式及吸能特性。在轴压载荷下,±45°纤维铺设C型柱发生局部屈曲失效模式,吸能特性差。±45°纤维铺设在外部,0°和90°纤维交替铺设在内部的C型柱,其轴压失效过程平稳,吸能特性好。与C型柱轴压试验结果相比,层合壳模型获得的整体变形和局部失效形貌吻合较好,载荷-位移曲线变化趋势和吸能特性评价指标基本一致。研究结果对CFRP薄壁C型柱吸能设计具有一定的指导意义。      

广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究

围绕广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究了广布疲劳损伤裂纹萌生寿命与广布疲劳损伤出现时间的关系,以及MSD对裂纹萌生寿命的影响。给出了根据疲劳开裂情况确定的裂纹萌生寿命和损伤累积的修正计算方法,解决了MSD结构中细节疲劳裂纹萌生寿命计算问题同时计及了MSD对裂纹萌生的促进加速效果。     

芳纶织物及其包容环的弹道冲击与数值模拟

为研究芳纶织物及其包容环的弹道冲击机制,通过准静态及动态拉伸实验获取材料力学性能,采用弹道冲击实验获得织物及包容环的冲击性能,同时建立多层壳模型并基于实验结果进行验证。结果表明:应变率对织物力学性能有较为显著的影响,在织物弹道冲击中织物吸能量与失效模式相关,呈现明显的边界效应;在包容环弹道冲击中,能量的耗散主要是通过纱线应变能、纱线断裂以及纱线间相互作用;相同入射速度下,织物层数越少,吸能量越少,织物层数增加时吸能量增大,但吸能增加量减小;多层壳模型能够较好地复现弹道冲击过程,仿真失效形貌、弹体剩余速度和吸能比率均与实验结果接近。