带孔复合材料层合板疲劳理论研究

基于复合材料层合板静强度的"平均应力准则"和经典的指数函数疲劳预测理论以及所提出应力修正因子β,建立了一种带孔的复合材料层合板疲劳预测模型.针对复合材料T300/KH304进行了带孔层合板在不同应力水平下的疲劳试验研究及模型验证,模型预测结果满足工程要求,为含圆孔层合板S-N曲线的预测提供了简单、快捷、实用的方法.     

挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究进展

随着纤维增强复合材料结构的应用更加广泛,其结构修理问题日渐凸显.挖补修理在复合材料层合板修理中具有重要地位,而修理后结构的疲劳性能是评价结构修理质量的重要依据,因此对复合材料挖补修理层合板疲劳性能的研究意义重大.文中从模型和试验两方面总结了挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究现状,指出了当前挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究存在的问题,可为复合材料结构挖补修理研究和工程应用提供参考.     

复合材料层合板冲击后压-压疲劳寿命预测方法

针对冲击后复合材料层合板, 发展了含冲击初始损伤层合板的压-压疲劳寿命预测方法。该方法基于无损单向板的力学性能和疲劳特性, 对不同铺层参数、 不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为消除人为假设冲击损伤造成的误差, 对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析, 即把冲击后层合板的实际损伤状态直接作为疲劳分析的初始状态。同时基于逐渐损伤思想, 推导了含冲击初始损伤层合板的应力分析过程, 建立了相应的三维逐渐累积损伤模型, 开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序, 为复合材料层合结构的抗冲击设计及其疲劳损伤扩展行为研究提供了较好的技术平台。      

含冲击损伤的复合材料层合板寿命的研究进展

本文根据近二十年来国内外有关含冲击损伤复合材料层合板疲劳研究的文献,从试验方法和理论分析方法两方面综述了其研究方法的进展,分析了各寿命预测模型的特点和存在的问题,并对今后的发展趋势进行了展望。     

热声载荷下C/SiC薄壁层合板结构动力学响应计算与寿命分析

高超音速飞行器薄壁结构在工作环境下承受着复杂的高温强噪声载荷,高温会使材料性能发生变化,导致局部区域出现热声疲劳破坏,影响结构的耐久性和完整性。针对此类问题,基于薄壁结构大挠度非线性振动理论,构建热声载荷下四边固支C/SiC薄壁层合板结构的数值仿真模型,并对其进行了动力学响应计算,研究了不同热声载荷组合下的振动响应规律,并采用线性累计损伤理论对结构进行疲劳寿命的预估和分析。结果表明,热声载荷对碳/碳化硅薄壁层合板的非线性响应影响不同,热载荷通过改变结构基频来影响结构非线性响应。四边固支C/SiC薄壁层合板在热声载荷作用下表现出非线性随机振动特性,并且呈现在平衡位置随机振动、随机跳变等多种运动状态,跳变运动给结构造成更大的的损伤更大。     

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据;这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.     

基于刚度退化的复合材料层合板疲劳损伤模型的研究进展

介绍了复合材料层合板的疲劳损伤演化机理,总结了复合材料损伤扩展的变化规律,分析了复合材料疲劳损伤模型的影响因素,并回顾了基于刚度退化的复合材料层合板疲劳损伤模型的研究进展,最后展望了复合材料疲劳损伤性能的进一步研究方向,指出湿-热-力的耦合作用对复合材料性能的影响是未来研究方向之一.     

复合材料层合板的固化残余应力和变形分析

本文采用非线性有限元方法研究了复合材料层合板在固化后期降温过程的残余应力和变形问题。考虑了材料的热物理与力学性质随温度的变化以及变化率和应力间耦合的影响。给出了一些有意义的结果。     

复合材料层合板临界屈曲载荷分散性

基于随机场理论, 将纤维和基体性能以及纤维体积分数作为随机场变量, 利用局部平均法对随机场进行离散。结合MATLAB与ANSYS的PDS模块对复合材料层合板临界屈曲载荷进行Monte-Carlo模拟, 分析各类随机场变量、随机场的相关长度、对称性和边界条件对临界屈曲载荷分散性的影响。结果表明: 不同随机场变量对层合板屈曲载荷分散系数影响的程度不同, 纤维体积分数的影响最大, 其次为纤维性能与基体性能; 屈曲载荷的分散系数存在尺寸效应, 随着板尺寸的增加, 屈曲载荷分散系数逐渐减小; 减小相关长度可有效地减小屈曲载荷的分散系数; 纤维正对称铺设所引起的屈曲载荷分散系数稍大于反对称铺设情况, 而两对边固支板的屈曲载荷分散系数一般大于四边简支板的结果。     

单向层合板拉-拉及压-压疲劳加载材料退化模型

以刚度退化为基础,并结合正则化疲劳寿命预测方法,推导建立了单层板疲劳累积损伤过程剩余刚度退化模型,同时给出了剩余强度退化模型.本文退化模型适用于拉-拉及压-压疲劳加载任意应力水平和应力比下的单层板疲劳寿命预测,所建立的剩余刚度退化模型显著减少为获得模型参数所必需的试验件数量,经济性好.最后,通过试验研究,建立了材料T300/BMP-316单向层合板疲劳加载各主方向剩余刚度退化表达式、剩余强度退化表达式及疲劳寿命表达式,为层合板结构疲劳损伤分析提供了有力依据.     

复合材料层板低速冲击后疲劳性能实验研究

通过对T300/5405复合材料层板进行低速冲击后的压-压疲劳实验,研究含不同冲击损伤层板的压缩性能与其在多级应力水平下的疲劳寿命与损伤扩展,并讨论冲击能量、应力水平、损伤扩展对层板疲劳寿命的影响。结果表明:冲击损伤明显降低层板的剩余强度;在低应水平下,冲击能量越大,含冲击损伤层板的疲劳寿命越小;疲劳实验中损伤经历平稳扩展和快速扩展两个阶段,其中平稳扩展阶段约占总体寿命的80%,快速扩展阶段约占总体寿命的20%,损伤扩展速率随着应力水平降低而减小。     

玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能研究

对单向和正交玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能进行实验和分析,利用和修正了金属体积分数理论,对两种层板的拉伸性能进行验证.通过对两种层板裂纹扩展速率及裂纹扩展形貌的研究,得到两种层板的裂纹扩展速率方程, 并对玻璃纤维-铝合金层板的裂纹扩展机理进行分析.     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤应力分析

目的 为掌握碳纤维复合材料板在低速冲击载荷作用下的损伤规律,延缓失效破坏,对其冲击损伤的应力状态进行研究。方法 基于ABAQUS平台,建立碳纤维复合材料层合板低速冲击有限元模型,采用Hashin失效准则和VUMAT用户子程序,对碳纤维复合材料层合板的冲击过程进行数值模拟,同时考虑层合板层内与层间失效,以此来研究低速冲击条件下复合材料的损伤机理,分析冲击损伤过程中的应力变化趋势,讨论应力的分布状态。重点研究铺层角度及铺层距离冲头远近对应力的影响。结果 不同角度铺层的应力传播轨迹均沿着纤维方向和垂直于纤维方向同时扩展,应力均先增加至极限值而后迅速下降;铺层角度越大,板料的承载能力越弱,0°铺层的极限应力为1 432 MPa,而90°铺层的极限应力降至1 206 MPa;离冲头越远的铺层应力越小,达到峰值的时间更早且率先下降,说明远离冲头的铺层更早发生失效。结论 揭示了碳纤维层合板在低速冲击载荷作用下的应力状态及其对损伤的影响规律,能够为复合材料层合板零件设计提供参考。     

Analysis of Fatigue and Crack Growth in Carbon-Fiber Epoxy Matrix Composite Laminates

A study of high frequency fatigue in carbon-fiber reinforced composites has been undertaken. A comparison has been made between the fatigue behavior of crossply (0° / 90°) and angleply (± 45°) carbon/epoxy unnotched and notched laminates. Additionally, a micromechanical analysis of fracture surfaces performed by scanning electron microscopy was carried out to evaluate the micromechanisms that occurred during fatigue. Experimental observations indicate that fatigue damage consists of a combination of matrix cracks, longitudinal splitting, fiber fracture, and delamination. In order to minimize the effects of residual strain due to temperature rise, a method is proposed for determining real fatigue strength at the level of variable load not lower than the fatigue limit, at which residual strains are minimal.     

变幅载荷下纤维金属层板的疲劳与寿命预测

文章建立了纤维金属层板等幅疲劳载荷下的疲劳裂纹扩展速率与寿命预测模型。在此基础上对玻璃纤维-铝合金层板（GLARE）的疲劳裂纹扩展与分层扩展行为进行了试验研究,探讨了层板过载疲劳行为的机理,提出了纤维金属层板变幅载荷下疲劳寿命预测的等效裂纹闭合模型,并在GLARE层板上得到了验证。     

孔口划痕对紧固孔疲劳寿命的影响

本文采用有限元软件对孔口划痕深度分别为50μm和100μm的紧固孔在拉伸时的应力场进行了分析。根据计算结果,采用名义应力法对紧固孔的疲劳寿命进行了估算。讨论了不同位置和深度的划痕对紧固孔疲劳寿命的影响。结果表明：①存在一个影响区域,当划痕处在这个影响区域内时,划痕才会对紧固孔的疲劳寿命造成影响。划痕越深,这一影响区域越大。②在这个影响区域内,划痕越深,划痕越接近于这个影响区域的中心,紧固孔的疲劳寿命越短。     

纤维增强金属基复合材料层板热/机械疲劳性能试验研究

进行了B／Al层板250～350℃温度循环范围内的同相位、反相位的热／机械疲劳寿命试验以及250℃和350℃下的等温疲劳试验与宏微观分析研究。结果表明：同相位与反相位的热／机械疲劳S—N曲线出现相交,以交点做应力水平线FPF,在FPF以上,同相位的热／机械疲劳(TMF)比反相位的要短;而在FPF以下,同相位的TMF寿命比反相位的要长;无论是同相位,还是反相位的TMF寿命,均低于250℃和350℃下的等温疲劳寿命;疲劳裂纹起源于纤维与基体界面,并随着基体的横向开裂而扩展,但最终的疲劳损伤机理不仅取决于应力水平,还取决于试验环境条件;纤维与基体之间界面反应区在TMF的损伤扩展方面起了主要作用。     

Fatigue of Woven Composite Laminates in Off-Axis Loading I. The Mastercurves

The behaviour of woven orthotropic composite laminates in static and fatigue off-axis loading is described. It is shown that all phenomena: linear and nonlinear deformation; accumulation of damage, measured as change of cyclic modulus or hysteresis loop; and the static and cyclic strength can be described by single master curves using the generalized stress and strain functions. These functions always contain the quadratic expressions of invariants of orthotropy, but coefficients of the invariants depend on the severity of nonlinearity in the described processes or phenomena.