复合材料输电线杆应力－应变关系研究

采用自制的复合材料动态变温拉伸实验装置,研究了玻璃布-环氧层板（GFRP）在0 ℃、-30 ℃低温环境下的冲击拉伸力学性能,获得了在0 ℃、-30 ℃时GFRP材料的动、静态拉伸力学性能参数。结果表明：在10-5／s到1/s应变率范围和低温条件下GFRP材料具有明显的应变率效应和温度效应。在低温环境下,当应变速率提高时,拉伸强度明显增大;和室温情形相比,在低温环境下,GFRP材料的拉伸强度有所提高。实验还发现,在低温环境下GFRP材料具有动态韧性。     

球头压痕确定薄膜模量的等效膜厚法

针对名义成分为Ti-46Al-3.8(V,Cr,Ni) (at％)的挤压TiA1合金,研究了热处理工艺对高温时β相含量、形貌的影响,利用高温时β相对α相晶粒的钉扎作用获得了层片团尺寸均匀、细小的全层片组织,测试了具有该组织合金的拉伸性能.结果表明,在1320～1370℃范围内,随保温温度的升高,β相含量逐渐增加,使得合金的晶粒尺寸逐渐减小.实验合金经1340℃/5 min/AC热处理后可以获得层片团(尺寸平均为65 μm),B2相弥散分布的全层片组织.该组织的室温及高温拉伸性能均较好.少量B2相对合金的室温塑性无不利影响,对合金的高温强度可能有一定贡献.     

球头压痕确定薄膜模量的等效膜厚法

基于Hertz方程,修正了平头压痕薄膜系统的力学模型,建立了用于评估球头压痕确定薄膜弹性模量的等效膜厚法。采用有限元方法对模型进行计算分析,结果发现,当薄膜弹性模量大于基体时,计算误差小于Ranjana和William(RW)模型[1];当薄膜弹性模量小于基体时,对于较深的压痕计算得到的结果仍然和理论值相符,说明本模型可以用于比较深的压痕情况。另外,研究了薄膜屈服强度和球压头半径对计算结果的影响,结果显示,薄膜的压缩屈服强度越大,等效膜厚法得到的结果越准确;而在同一压痕深度下,较大的压头半径会带来较大的误差,当压痕深度较小时,薄膜的弹性模量受压头半径的影响较小。最后通过TiN/sapphire在球压头和三棱锥压头下的试验,验证了本方法。     

缠绕图型对纤维缠绕复合材料力学性能影响的有限元模拟

针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响。结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动。本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况。     

孔口缝合补强对层间应力影响的数值模拟

使用空间杆单元模拟缝合线,对含孔复合材料层合板开口缝合补强结构进行有限元模拟计算。研究含孔复合材料层合板在轴向拉伸载荷作用下,圆孔附近各个铺层交界面处层间正应力和剪应力的分布情况,将缝合后的层间应力值与缝合前的相关数值进行比较,并研究不同缝合参数(针距、行距、边距、单缝合和双缝合)对孔边层间应力的影响。结果表明,缝合补强后孔边的层间应力明显减小。孔边附近层间应力的分布与相邻铺层的铺层角有很大关系,不同铺层之间的层间应力有显著差别。不同铺层之间的层间应力沿孔边区域存在应力转换点(即层间应力由正值变为负值)。     

纤维缠绕复合材料固化过程残余应力/应变的三维数值模拟

采用有限元分析软件ABAQUS,对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算。采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序,该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变。算例结果表明：复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零,当固化到一定阶段,残余应力迅速增加并且很快达到最大值,在降温阶段释放了部分的残余应力;在整个固化过程中,金属内衬受到压应力,而纤维缠绕层受到拉应力。本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数,提高制件的质量。     

复合材料输电线杆应力－应变关系研究

采用自制的复合材料动态变温拉伸实验装置,研究了玻璃布-环氧层板（GFRP）在0℃、-30℃低温环境下的冲击拉伸力学性能,获得了在0℃、-30℃时GFRP材料的动、静态拉伸力学性能参数。结果表明：在10％到1/s应变率范围和低温条件下GFRP材料具有明显的应变率效应和温度效应。在低温环境下,当应变速率提高时,拉伸强度明显增大;和室温情形相比,在低温环境下,GFRP材料的拉伸强度有所提高。实验还发现,在低温环境下GFRP材料具有动态韧性。     

缠绕图型对纤维缠绕复合材料力学性能影响的有限元模拟

针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响。结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动。本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况。     

纤维束交叉起伏对缠绕复合材料刚度的影响

纤维缠绕过程会在局部区域形成纤维束的起伏、交织。针对起伏区域纤维束的非正交交织的特点,提出一种缠绕复合材料刚度的计算方法:先通过螺旋缠绕角度和起伏层倾斜角度,将三维刚度进行两次转换,然后将转换后的起伏区域的三维刚度转化成缠绕层面内二维有效刚度;利用二维有效刚度,将缠绕复合材料刚度系数A_ij、B_ij和 D_ij各项在起伏区域上进行数值积分取平均值,再利用转换矩阵得到缠绕复合材料的整体刚度矩阵。算例的结果表明,考虑了纤维束的起伏、交织后缠绕复合材料刚度矩阵发生了一些变化,特别是耦合刚度的变化更为明显。