复合材料波纹梁冲击试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹梁的吸能性能,针对铺层形式分别为[(±45)3/(0,90)/(±45)3]、[(±45)8]和[(±45)7]的3种复合材料波纹梁元件,进行了动态冲击试验,得到了吸能载荷-位移曲线,并对其损伤破坏形貌进行了分析。以连续损伤力学为基础,结合改进的Hashin损伤判定准则以及损伤演化规律,提出了针对波纹梁耐撞性损伤分析的刚度退化模型,并基于有限元软件平台开发了适用于波纹梁渐进损伤分析的子程序。对3种不同结构形式的波纹梁进行了渐进失效数值分析,模拟得到了能量评估参数比吸能(SEA)和平均载荷值,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析。比较分析了不同薄弱环节复合材料波纹梁的吸能能力。结果表明:波纹梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差不超过12%,能够满足工程应用要求;薄弱环节的设置需综合考虑复合材料性能和铺层方式等因素。     

双随机分布细观分析模型与复合材料性能预报

发展了一种细观力学有限元分析方法--拟真实的参数化双随机分布模型,该模型综合考虑了纤维增强树脂基复合材料的真实微结构特点和纤维单丝综合力学性能测试结果的离散性特征,模拟了复合材料中纤维排列和强度分布的随机性.借助移动窗口法研究了该参数化双随机分布模型的可靠性,确定了其代表性体积单元的尺寸.基于能量法原理推导了单向复合材...     

复合材料机翼结构相似颤振模型的设计与实验验证

为了进行颤振实验, 依据原始金属模型, 根据结构相似方法和刚度相等的原则, 提出了基于设计元素的复合材料结构设计方法, 建立了结构缩比和复合材料结构设计软件, 并分别设计了复合材料机翼盒段和机翼模型。采用低模量复合材料制造, 进行了模态实验和风洞实验。实验结果与理论值吻合较好。设计的梁架2蒙皮复合材料机翼模型实现了结构和动力学相似, 相对于传统的蒙皮不传递载荷的梁架-维形颤振模型有了质的飞跃。     

缝合复合材料弹性性能分析的新方法——-流场模型Ⅱ: 缝合层合板弹性常数计算与实验

为了求解缝合层合板的弹性常数, 基于用流场模型计算缝合单层弹性性能的思想, 建立流场模型计算各种铺层方向缝合单层的弹性性能。以相应的流场模型为基础, 结合细观力学方法和均匀化方法, 计算了0°和45°缝合单层的弹性常数。最后应用改进的均匀化方法, 求得了6 组缝合层合板的弹性常数, 计算结果与实验结果吻合较好。     

缝合复合材料面内刚度和强度的神经网络预测

基于神经网络的BP算法,建立了预测缝合复合材料刚度和强度性能的模型。根据试验所得的缝合复合材料的性能参数,训练人工神经网络,拟合出输入参数 (各种缝纫参数与等效未缝纫层合板性能参数)与输出参数(缝合层合板性能参数) 之间的非线性关系,设计完成了缝合复合材料弹性性能与强度分析软件,并以此软件分析计算在新的缝纫参数和等效未缝纫层合板性能参数情况下的缝合复合材料性能。与实验结果对比,两者符合较好。为缝合复合材料刚度强度预测开辟了一条新的有效途径。     

缝合复合材料低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,采用空间杆单元来描述缝线,结合试验系统地研究了缝合复合材料的低速冲击损伤问题。采用修正的赫兹接触定律计算冲击接触力,NewMark直接积分法求解运动方程,求解冲击过程中的应力应变;在Chang和Hou等的分层扩展准则基础上,提出一修正的分层扩展准则并考虑纤维断裂,建立了分析低速冲击损伤面积的方法;对相同铺层的缝合与未缝合复合材料层板进行了低速冲击试验。分析结果与实验结果具有良好的一致性,证明本文中提出的修正的分层扩展准则是正确的。计算及试验结果均表明,在相同冲击能量作用下,缝合使冲击损伤面积明显减小。     

z-pin增强复合材料T型接头层间性能的建模与分析

提出了基于z-pin桥联力试验的z-pin增强复合材料T型接头层间性能的模拟方法。每根z-pin的作用有两部分:增加了分层的张开阻力与剪切阻力。在有限元模拟中通过在相应的节点上加两个方向(竖直方向和水平方向)的非线性弹簧模拟张开阻力和剪切阻力。通过张开型z-pin桥联力试验和剪切型z-pin桥联力试验得到两条力-位移曲线,再把曲线各自赋予到所有竖直非线性弹簧和水平非线性弹簧,从而模拟z-pin对复合材料T型接头层间性能的增强效果。在T型接头拉拔试验模拟分析中,研究了不同跨距和不同z-pin间距对拉拔力的影响。模拟分析表明跨距对拉脱位移影响较大,z-pin间距对最大拉拔力影响较大。     

编织复合材料弹性性能的细观分析及试验研究

基于细观分析与体积平均法建立了二维编织/RTM复合材料刚度的理论分析方法,该分析方法针对工程应用,具有计算量较小、计算精度高等优点,完成了相应的软件分析工具,并在此基础上对编织复合材料的弹性性能进行分析研究,得到了结构参数对编织复合材料整体力学性能的影响。通过与实验数据的对比表明,分析结果精度高,能够满足工程结构设计和理论分析的需要,为二维编织复合材料的设计、分析和减少试验件提供了理论分析方法。     

缝合复合材料弹性性能分析的新方法——-流场模型Ⅰ: 缝合单层板弹性常数计算

为了求解缝合层合板中单层的弹性常数, 基于单层面内纤维走向与绕流流场中流线形状的相似性, 建立了与缝合单胞相对应的有限空间定常二维无粘性不可压理想流体的无旋绕流流场模型, 流场的几何边界与单胞的边界一致, 绕流物面与缝线截面形状一致。用该流场的速度变化描述单胞面内纤维体积含量的变化, 用流线形状描述缝线周围面内纤维的变形。以流场模型为基础, 用细观力学方法和均匀化方法求得缝合单层的弹性常数,结果与实验值吻合。最后用流场模型分析了缝合参数对缝合单层弹性常数的影响。     

机织复合材料力学性能的细观分析与实验研究

建立了预测机织复合材料弹性性能和强度的方法并进行了相应的实验研究,系统地研究了织物几何和结构参数对机织复合材料性能的影响,提出了优化机织复合材料弹性性能细观结构参数的选择,完成了具有友好界面的机织复合材料弹性性能分析软件,实验研究了冲击后的拉伸与压缩性能及疲劳剩余强度和寿命,建立了基于有限元分析和失效准则预测冲击能门槛值的方法,给出了预估疲劳寿命的公式,且实验验证了分析方法的正确性。为复合材料技术能更快地转移到飞机结构设计与制造中去提供了一套较完整的基础性数据和理论分析方法及工具。