复合材料天线罩多学科优化

为缩短天线罩设计周期、提升天线罩综合性能,提出了一种复合材料天线罩多学科优化方法。对优化变量、优化目标及约束进行了分析,建立了天线罩优化数学模型,提出了以电性能为目标,力学性能为约束的优化方案。分别选取了口径积分-表面积分法和有限元法计算天线罩电性能和力学性能,并以多岛遗传算法为优化方法,建立了多学科优化流程。选择算例进行了优化分析。结果表明:优化过程在确保力学性能要求的基础上成功地提升了电性能,验证了优化方法的可行性。     

碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头拉伸失效机制

通过试验及数值模拟对碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头轴向拉伸失效机制进行研究。基于ABAQUS有限元软件,通过连续介质损伤模型及内聚区模型,分别对碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头各部件及界面进行模拟,编写用户自定义材料子程序(UMAT),建立复合材料的渐进损伤模型,最终得到碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头的应力分布和载荷-位移曲线,并与试验结果对比确定结构的失效机制。结果表明:有限元分析所得碳纤维/环氧树脂复合材料缠绕接头损伤部位及失效模式与试验吻合,失效载荷与试验值相差较小,证明仿真分析方法的有效性。通过对比失效模式发现,拉伸载荷作用下,链环是主承力部件,其弧形端部是应力集中处,纤维断裂即从此处开始发生并向外扩展,导致链环断裂及整体结构破坏。      

复合材料DCB试件裂纹扩展理论分析

在弹性地基梁模型基础上,通过挠度与相对位移关系引入了双线性cohesive本构关系,并通过界面损伤因子统一描述界面损伤状态,在裂纹尖端考虑了损伤黏聚区存在,分别获得了各段通解。采用连续性边界条件求解积分常数,并以裂纹长度以及黏聚区范围为变量求解获得了载荷-位移曲线,从而获得了双悬臂梁（DCB）试件裂纹扩展过程。通过与已有理论模型结果对比,验证了本文理论分析的正确性,而文中理论考虑了弹性段后非线性的存在,且可同时考察3个cohesive参数的影响。通过研究界面参数变化对载荷-位移曲线的影响,从而对准确模拟界面时cohesive参数的选取提供一定的依据,并分析了界面参数与黏聚区长度的关系。     

复合材料缠绕接头设计

复合材料接头由于其轻质、高强及可设计性好等特点,被越来越多地运用于国外大型民用飞机的结构设计中.本文通过有限元建模,对一种新型的复合材料缠绕接头在拉伸和压缩载荷下的力学响应进行研究.主要围绕基础型、梭型和锥型三种典型的接头形式,比较了不同构型对缠绕接头力学性能的影响.结果表明,三种典型构型的复合材料缠绕接头均具有较好的...     

考虑剪切非线性影响的复合材料连续损伤模型及损伤参数识别

在复合材料正交各向异性连续损伤力学的基础上,引入由应变描述的连续综合变量,损伤演化方案采用综合变量的指数函数。考虑复合材料剪切非线性,通过非线性损伤因子在全局损伤出现之前将其引入本构方程。编写了VUMAT实施损伤模型,介绍连续损伤模型中材料参数的取值方法。对无法通过试验获得的损伤参数,采用遗传算法原理,定义个体适应度为试验及模拟载荷-位移曲线误差,通过编写MATLAB程序调用ABAQUS有限元模型实施参数反演方法。选择了常用铺层结构的复合材料带孔层合板进行仿真参数识别分析,验证了基于遗传算法参数识别方法的可行性。     

基于渐进损伤模型的复合材料斜接接头的拉伸强度

本文首先以斜接角度、搭接长度以及搭接厚度为参数分别建立了复合材料单边斜接接头和双边斜接接头在拉伸载荷下的参数化有限元模型,采用abaqus软件中UMAT子程序功能编写了材料损伤本构模型,并利用cohesive单元模拟胶接界面损伤。通过渐进损伤分析,模拟出斜接接头的三种破坏模式,最终得到了各参数变化对斜接接头拉伸强度的影响,其中母板最终破坏模式对应最大拉伸强度,并对单边斜接接头和双边斜接接头结果进行了对比分析,得出双边斜接接头强度大于单边斜接接头强度的结论。     

复合材料导弹易碎盖薄弱区的弯曲性能

为研究复合材料导弹易碎盖薄弱区的承弯性能,制作了单搭接对接(胶接)和双搭接对接(胶接)试验件,进行了四点弯曲试验,研究了不同搭接长度对胶接接头弯曲破坏载荷的影响。同时,建立了复合材料单、双搭接接头的三维有限元模型,进行了弯曲载荷下的渐进损伤分析。层合板采用UMAT用户子程序编写的本构关系描述,胶接界面采用粘聚区模型进行模拟。引入合适的损伤起始和扩展准则,预测了接头的弯曲强度。仿真结果和实验结果吻合较好,表明受拉面搭接板长度的增加一定程度上提升了接头的抗弯性能,而受压面搭接板对于接头的强度影响不大。     

双向玻纤织物复合材料双轴拉伸载荷下的力学行为

为研究双向玻纤织物复合材料在复杂应力状态下的力学行为,设计双轴加载十字型试样,对其进行不同载荷比的双轴拉伸实验,对比分析了材料在双轴拉伸载荷下的拉伸模量、拉伸强度及失效模式。结果表明:双向玻纤织物复合材料单轴拉伸行为表现为后期非线性、脆性断裂,双轴拉伸载荷下非线性现象更为显著;双轴拉伸模量随载荷的增大而增加,双轴拉伸载荷对材料的拉伸模量具有一定的强化作用;材料的双轴拉伸强度存在双向弱化效应,等比例双轴拉伸时,双轴拉伸强度最低,仅为单轴强度的60.5%;试样破坏发生于中心实验区域,材料不同载荷比的破坏形式有所不同,分别主要表现为纤维断裂、基体失效和玻纤布分层。     

真空辅助湿法斜接型挖补修理后层合板拉伸性能研究

对真空辅助玻璃纤维增强复合材料斜接型挖补修理后结构进行了拉伸强度试验研究,获得了修理后结构最终破坏模式。分别建立了挖补修理结构中母板与补片三维有限元模型,采用了各向异性连续损伤力学模型模拟了母板与补片复合材料单向带失效模式,假定母板与补片通过黏性力接触,在真空辅助湿法挖补修理形成的无厚度二次固化界面处定义了接触面, 采用指数型软化cohesive模型模拟了界面接触属性。试验结果与数值模拟结果吻合较好,表明所采用的模型能很好地预测整个修理结构的拉伸性能。分析了整个拉伸过程中层合板斜接挖补修理结构的损伤破坏过程,发现了附加补片引起的应力集中是造成母板中薄弱层过早损伤的原因。讨论了不同斜接挖补角度对修理后结构强度的影响,结论可以引导工艺人员制订合理的修补方案。     

单向C/SiC陶瓷基复合材料基体失效机制与强度预测

采用细观力学方法对单向C/SiC陶瓷基复合材料的基体失效机制进行了研究。利用剪滞理论模型和临界基体应变能(CMSE)准则预测了C/SiC陶瓷基复合材料受拉时基体开裂失效过程,获得了单向C/SiC陶瓷基复合材料基体开裂段的应力-应变曲线。并将扩展有限元法(XFEM)用于该开裂过程的模拟,得到了对应的应力-应变曲线。研究结果表明,采用剪滞理论模型、CMSE和采用XFEM得到的计算结果与相关的实验结果三者能较好地吻合,证明了计算方法的有效性。