含双向布复合材料开孔薄板拉伸性能研究

对含有双向布的三种不同铺层厚度的中心开孔复合材料薄板拉伸性能进行研究,分别得到三种复合材料带孔板的孔边应变分布规律以及试件的损伤演化和失效行为,并得到其断裂强度值。试验结果表明,试件的铺层对试件的刚度和强度影响较大,相对于[45/0/45]的铺层,[45/(0)/0/(0)/45]增加了两个0°单向布层,其刚度及强度得到大幅改善;[45/90/0/0/0/90]s增加了多个0°双向布层,使得其刚度最大,强度也有明显提升。用Abaqus软件对三种薄板的拉伸行为进行渐进损伤模拟分析,分析中采用Hashin准则作为材料的失效准则获得薄板的断裂载荷、应力分布及渐进损伤失效过程,得到的模拟结果与试验结果吻合较好。     

单纤维界面强度光弹性实验和理论研究

利用光弹性实验和有限元计算两种方法对单丝拔出复合材料模型的界面剪应力进行了研究。从计算和实验两个方面证明,当在纤维自由端施加一轴向拉力后,在单丝与基体界面的埋入端附近将出现剪应力的最大值。然后,沿着单丝的埋入方向,剪应力迅速降低,在界面区的中间趋于最小值,并且基本稳定不变。由此证明,单丝增强复合材料中界面的应力传递主要集中在单丝的埋入端附近,并且在这一区域最先达到危险应力,发生界面的脱胶破坏,引起整个试件的失效。     

含预制分层损伤复合材料层合板在压缩载荷下破坏过程和剩余强度的模拟

本文运用一种具有较高精度的高阶位移模式,结合特定的损伤判据和刚度折减方法,建立了一种含损伤有限元模型,并利用其对多个含预制分层损伤的复合材料层合板在压缩载荷下的破坏过程进行了数值模拟,并最终得到这些层合板的剩余强度。与实验结果的对比表明,该数值模拟方法具有较高的精度和有效性。     

搭接长度对Z-pins增强陶瓷基复合材料接头连接性能的影响

本文对搭接长度分别为15mm,20mm,23mm,37ram,60mm的Z-pins增强陶瓷基复合材料接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验研究和数值模拟.试验结果表明接头的最终失效形式有两种:(1)搭接长度大于、等于20mm的接头由搭接板断裂而失效;(2)搭接长度等于15mm的接头由搭接面的脱胶而失效.在搭接长度为20mm～60mm之间,接头的最大破坏载荷与搭接长度之间呈线性关系变化.采用有限元的方法对搭接接头的破坏过程进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,进而得到了介于上述两种破坏模式之间的搭接接头的搭接长度.     

二维编织 C/ SiC复合材料的热膨胀系数预测

根据二维编织 C/ SiC复合材料的细观结构及其制备工艺特点 , 提出了一种预测该材料面内热膨胀系数的单胞模型。模型充分考虑了编织结构复合材料中的纤维束弯曲和 CVI工艺制备陶瓷基复合材料产生的孔洞对热膨胀系数的影响。利用单胞模型预测了二维编织 C/ SiC的结构参数、 纤维体积含量、 孔洞含量对复合材料热膨胀系数的影响规律 , 结果表明 : 随着纤维束扭结处产生间隙与纱线宽度比值的增大 , 热膨胀系数增大 ; 当其它参数不变时 , 随着纤维体积含量的增大 , 热膨胀系数反而下降; 随着孔洞含量的增加 , 热膨胀系数也出现了下降的趋势。利用 DIL402C热膨胀仪测试了二维编织 C/ SiC复合材料纵向热膨胀系数 , 试验结果与模型预测结果吻合较好。     

三维编织C/SiC复合材料剪切和弯曲性能的实验研究

对三维编织C/SiC复合材料进行剪切试验和两种弯曲试验,得到材料的剪切性能和弯曲性能以及相应的失效规律.在剪切试验中发现两种剪切试验的剪切模量相差较大,但由于两种剪切的破坏面相同,所以剪切强度相差不大.通过分析得到由两种弯曲试验获得的弯曲模量不同的原因.通过分析还得到拉压模量不同的材料的四点弯曲模量计算公式,发现计算值在试件上下表面应变相差不大时与均质材料的计算结果相差不大.     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

层间增韧复合材料在静压痕力下的损伤阻抗和渐进损伤分析

在复合材料层合板层间植入韧性层是提高复合材料韧性和抗冲击能力的有效方法。为了研究层间增韧对层合板损伤阻抗的改善作用，文中通过准静态压痕试验研究层间增韧复合材料在准静态压痕力下的损伤和破坏行为，利用超声C扫描测量分层损伤面积。试验结果表明，层间增韧复合材料具有较高的分层起始载荷和分层起始能量，损伤阻抗显著提高。在相同的载荷水平下，具有较小的分层损伤面积。文中还采用有限元方法对层间增韧复合材料在静压痕力下的分层和铺层失效进行数值分析，有限元计算结果与试验结果吻合较好。     

频响函数作为神经网络输入的BP算法实现

研究将实测结构频率响应函数作为反向传递人工神经网络的输入数据,用来进行结构健康检测.一般情况下,把频率响应函数应用到人工神经网络的困难在于需要压缩频率响应函数的庞大数据,因为直接使用全部的频率响应函数数据使得神经网络具有大量的输入节点,从而导致网络训练收敛和计算效率方面的困难.仅仅使用部分频率响应数据,或不合适的频率窗数据点选择会引起重要信息的损失.为解决上述困难,用FORTRAN语言编写了一个简化的BP神经网络程序,把某结构的频率响应函数作为网络的输入参量.每个实测频率响应函数具有8192个数据点,神经网络采用8192-8-4结构,网络训练获得了较快的收敛速度.经过训练的网络成功识别了某结构的四种不同状态,识别误差小于10%.     

双向等轴拉伸载荷下二维编织陶瓷基复合材料的应力-应变行为预测

将二维编织结构简化为(0°/90°)s正交铺层结构。采用含损伤变量的剪滞分析理论,解得双向等轴拉伸载荷下,0°层和90°层开裂后各层的应力分布;基于随机基体裂纹演化理论,随机纤维损伤和最终失效理论,确定了0°层和90°层沿纤维方向的应力-应变关系,以及切线拉伸模量与施加载荷之间的关系;然后,将切线拉伸模量代入正交铺层结构的剪滞分析中,进而预测出二维编织陶瓷基复合材料在双向等轴拉伸载荷下的应力-应变关系。预测结果表明:在双向等轴拉伸载荷下,二维编织陶瓷基复合材料的横向和纵向应力-应变曲线基本相同,与单向加载时的应力-应变曲线相近。