法向载荷下含金属预埋件碳纤维层合板强度分析

建立了含圆柱形金属预埋件和阶梯形金属预埋件碳纤维/环氧树脂层合板的三维分析模型,单层板简化为三维正交各向异性材料。采用有限元方法对法向载荷下含金属预埋件四边简支层合板进行了应力分析,给出了发生初始损伤单层板各材料主方向应力分布和金属预埋件的VON MISES应力分布。基于复合材料单层板的最大应力强度准则给出了两种分析模型的极限载荷。分析结果表明,含圆柱形预埋件层合板初始损伤发生在45°铺层靠近孔边的2点钟方位,破坏模式为基体剪切破坏;含阶梯型预埋件层合板初始损伤发生在-45°铺层靠近孔边的10点钟方位,破坏模式为基体拉伸破坏。法向载荷作用下,阶梯型预埋件结构比圆柱形预埋件结构具有更大的传力面积,大部分纤维处于适宜的受拉状态,其极限载荷比圆柱形预埋件结构提高了40.36%。     

多向受力状态下复合材料预紧力齿连接接头应力分析

为了探究复合材料空间桁架桥中关键节点预紧力齿连接接头在多向受力状态下的应力分布,对复合材料空间桁架桥建立多尺度有限元模型。该多尺度模型不仅可以同时获得桁架桥整体结构性能与局部接头应力状态,还可以有效反映两者的相互作用关系。通过该模型,对接头在多向受力状态下的应力分布展开研究,研究表明:预紧力齿接头受力之后,齿面正应力较过盈装配完成时有5 MPa以内的衰减;且多向受力接头较单向受力接头衰减缓和,衰减后多向受力接头齿面正应力略高于单向受力接头齿面正应力;多向受力接头各齿荷载分配比例与单向受力基本一致,均为两侧高中间低;多向受力接头复合材料管横向剪切应力较单向受力接头有一定增大,但最不利荷载工况下的横向剪切应力为15.7 MPa,远小于材料横向剪切强度,接头处于安全状态。所得结果可为复合材料预紧力齿接头设计提供参考依据。     

X80管线钢在力电化学耦合作用下CO2腐蚀行为的研究

以典型的管线钢材料X80钢为对象,采用动电位极化和电化学阻抗谱技术,研究了在弹性拉伸应力(60%σ_(ys))和塑性拉伸应力(108%σ_(ys))状态下,不同CO_2分压和Cl~-质量分数对材料腐蚀的影响规律。结果表明:受拉伸应力作用的X80钢腐蚀速率随CO_2分压的增大而增大,但并非单纯正相关关系;随Cl~-质量分数的增大,呈现先升高后降低的规律,当Cl~-质量分数为3.5%时,X80钢的腐蚀速率达到最大值。此外,塑性应力状态下X80钢的腐蚀速率明显高于弹性应力状态下的值,原因是塑性应力提高了金属表面的电化学反应活性。     

拉伸强度与弯曲强度的关系及弯曲强度尺寸效应

本文研究了材料的破坏发生区、拉伸强度与弯曲强度的关系及弯曲强度的尺寸效应。拉伸及弯曲强度的关系为σ_t=σ_b(1-△/h),弯曲强度尺寸效应表现为σ_(bo)/σ_b=(1-△/h)/(1-△/h_0)。本文研究为精确测试材料拉伸强度提供了简便的方法,同时提供了破坏发生区的测试方法。     

复合材料胶接单搭接连接强度与失效模式研究

以Tserpes失效准则及其材料性能退化准则为基础,利用ANSYS建立几何模型进行有限元分析,针对模型进行相应的试验验证,以探究各参数对复合材料胶接单搭接连接强度的影响,并得到不同参数下的胶接失效模式。结果表明:复合材料与复合材料单搭接的强度高于钛合金与复合材料单搭接的强度;随着胶接长度、胶接宽度的增大,胶接接头的连接强度呈现先增大后减小的趋势;同时发现,在静拉伸过程中,钛合金与复合材料单搭接的失效模式主要为胶层的粘附破坏,复合材料与复合材料单搭接的失效模式主要为混合破坏,表现为复合材料紧邻胶层的第一层和第二层发生铺层基体开裂与分层破坏,同时胶层发生部分粘附破坏。     

纤维增强复合材料的破坏准则

对于纤维增强复合材料,一般都需要用材料的三个甚至六个破坏实验的结果,来给出复合应力状态下的破坏准则(如Tsai-Hill准则需要三个实验结果;Tsai-Wu准则需要六个实验结果)。本文从偏轴拉伸实验的观察分析中得出:在非单向拉伸应力状态下,纤维增强复合材料的破坏可以认为是由基体控制的。即,基体首先破坏,继而造成整个材料的破坏。据此,提出了以基体破坏来判定材料破坏的破坏准则。采用树脂系统基体时,由于树脂的拉伸强度与剪切强度相近,并在树脂纯扭转实验中可观察到明显的与试样轴成45°的残留断面,故认为:用最大应力理论来判定基体的破坏是适合的。这样,只需知道组份材料的性能和组份含量,就完全可以给出材料在复合应力状态下的破坏准则,节省做三个、甚至六个实验所耗费的精力和费用。     

厚截面层板复合材料三维本构关系表征技术应用展望

厚截面层板复合材料三维力学性能试验尚未有统一的标准方法。精准的三维力学性能,尤其是完整的应力-应变关系,对于理解复合材料的复杂变形和失效机制十分关键,特别是在航空结构设计中扮演关键角色的高强玻璃纤维和碳纤维增强聚合物基复合材料。本文介绍了国外在层板复合材料三维本构关系表征技术方面的最新进展,论述了以数字图像相关全场变形测量辅助短梁剪切和小矩形板扭转试验,评估复合材料三个方向模量和强度,以及三个主材料面非线性剪切应力-应变曲线的新方法,总结了国内在厚截面层板复合材料三维本构关系表征方面的技术现状及其与国外差距。综述表明,数字图像相关测试中应力-应变场的对应关系、基于数字图像相关应变测量的材料本构关系反演是复合材料三维力学性能准确测试需要突破的关键技术点。     

图表2-36 路伊斯公式中的许用应力

路伊斯公式中所用的轮齿许用应力σ可由下式求得:σ=σ_0×C_1×C_2……(1)式中σ_0为基本许用应力,关于主要材料的σ_0如表2-8所示。C_1为取决于节圆线速度的     

晶须长径比对复合材料力学行为影响的模拟

在单向晶须增强树脂基复合材料的轴对称模型和已有研究成果基础上,利用有限元分析方法,研究该类复合材料中晶须长径比的变化对材料整体力学行为的影响.结果表明:1)晶须长径比对晶须应力作用明显大于对基体的影响;2)晶须的长径比h/r≤30时,随着晶须长径比的增大,发生在晶须端部处的集中应力急剧增加;但当长径比h/r≥30时,长径比的进一步增加对集中应力影响不大;3)随着晶须长径比的增大,界面剪切应力减小,分布曲线下移;但当长径比h/r≥30时,长径比的进一步增加对剪切应力影响不大;4)随着晶须长径比的增加,复合材料的拉伸强度逐渐增大.     

玻璃微珠填充聚丙烯复合材料的力学性能

研究了玻璃微珠填充聚丙烯中玻璃微珠含量及粒径大小对复合材料力学性能的影响。结果表明,填充体系随着微珠体积分数V_f的增加,拉伸弹性模量E_c和冲击强度S_(IC)呈非线性函数形式增大,而拉伸屈服强度σ_(yc) 则相反,在相同条件下,小粒径微珠填充体系的E_c和σ_(yc)稍高于大粒径微珠填充体系。在V_f为0～20％的范围内,复合材料的S_(IC)为纯聚丙烯的1.4倍。     

2D-SiC/SiC陶瓷基复合材料的拉伸本构模型研究

通过单向拉伸试验,研究了2D-SiC/SiC复合材料的应力-应变行为.结果表明,材料单向拉伸应力-应变曲线表现出明显的双线性特征,且线弹性段较长.通过试件断口照片,分析了2D-SiC/SiC复合材料单向拉伸破坏机理和损伤模式.基于对损伤过程的假设,建立了二维连续纤维增强陶瓷基复合材料的双线性本构模型,并将其应用于2D-SiC/SiC复合材料的应力-应变曲线模拟,模拟结果与试验值吻合很好.同时,分析计算表明,2D-SiC/SiC复合材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维柬决定,横向纤维对材料的整体模量和强度贡献很小.     

增强型复合材料受力损伤过程的仿真分析

研究复合材料破坏和损伤演化过程的力学特点,测试了纤维增强复合材料薄板在较低定应变率下的应力应变曲线;应用有限元软件建立3种典型编织方向单层板的有限元模型并对其受力情况进行数值模拟,运用Tsai-Wu、Christensen失效准则分析其损伤扩展过程和特征。     

不同泊松比复合材料层板应力强度因子的计算和断裂韧性

本文比较了两组具有不同平面泊松比的玻璃纤维／环氧树脂复合材料层板的断裂韧性和缺口断裂强度，发现低泊松比复合材料层板具有较高的断裂韧性和缺口断裂强度。并用复变函数－变分方法计算了不同的泊松比材料的应力强度因子，重点研究了应力强度因子与断裂韧性的关系。     

复合材料层合板的热弹性微观应力分析

本文以代表体元作为基本单元,分析了在荷载作用和温度变化时,复合材料层合板单层中组分材料的微观应力。对因组分材料的微观强度不足引起的破坏,从理论上进行了探讨。为建立以微观应力为基础的层合板强度准则提供了理论依据。     

平纹编织C/SiC复合材料的失效判据

通过Arcan夹具拉伸实验,研究了平纹编织C/SiC复合材料的唯象强度特性,根据实验结果提出了一种椭圆形失效判据,可以反映拉压强度的差异,以及压缩和剪切同时作用时裂纹面闭合引起最大容许剪应力的回升.结果表明：椭圆形判据和实验结果在第一象限吻合良好,说明椭圆判据在第一象限内对平纹编织C/SiC是适用的.用线弹性有限元方法分析了Arcan拉伸实验中试样的应力状态和分布,并讨论了夹具刚度的影响.分析表明：试样缺口区域剪切应力分布均匀,大小接近平均剪应力;正应力在边缘有应力集中,中央应力约为平均正应力的77%.由于纤维增强陶瓷基复合材料存在微弱缺口敏感性,Arcan圆盘测出的强度略低于均匀拉伸结果.采用系数对测出的强度进行了修正.     

芳纶、碳纤维混杂工艺对环氧复合材料拉伸性能的影响

研究了铺层参数及纤维表面处理对芳纶纤维、碳纤维混杂增强环氧复合材料(简称混杂复合材料)纵向拉伸性能的影响。结果表明，该混杂复合材料的纵向拉伸强度均低于混合定律的预测值，表现出明显的混杂负效应。铺层顺序对材料纵向拉伸强度及断裂伸长率有显著影响，界面数越多，纵向拉伸强度和断裂伸长率越大；界面粘接性能的改善可提高混杂复合材料的拉伸强度和断裂伸长率，但对它的弹性模量没有显著影响。     

单向芳纶/玻璃纤维混杂复合材料板材拉伸性能研究

本文对单向芳纶/玻璃纤维复合材料进行制作,对其纵向拉伸强度、拉伸模量和弹性伸长进行实验分析。实验结果表明,单向混杂复合材料的拉伸断裂大多为多次性,界面数越多,一次性断裂的可能性越大。界面数为1的混杂纤维复合材料的芳纶纤维体积含量在对拉伸强度影响上的存在临界值,表现出明显的混杂效应。界面数大于1的混杂复合材料在芳纶纤维铺层数一定的情况下,界面数的多少不影响混杂复合材料拉伸强度和拉伸弹性模量的大小。界面数大于1比界面数为1的复合材料的拉伸强度和拉伸模量明显偏高。同时对不同制作条件下纯玻璃纤维单向复合材料的拉伸性能进行剖析。     

测定陶瓷材料断裂韧性的压痕弯曲梁法的改进

考虑残余应力对压痕弯曲梁应力场强度的贡献后,对相应的K_(IC)表达式进行了修正。研究表明:在合适的压痕压制荷载范围内,弯曲梁强度σ_r与压痕裂纹深度的倒数平方根(1/a)~(1/2)之间存在线性关系;压痕处的残余应力效应可以用σ_(?)-(1/a)~(1/2)直线关系式中的强度修正项加以描述。高温下强度修正项的值随温度的升高而减小,说明残余应力在高温作用下得到了部分消除;退火处理也导致了强度修正项的减小。采用强度修正项后的K_(IC)计算公式,压痕弯曲梁法可望应用于各种温度下的K_(IC)测试;由σ_(?)(1/a)~(1/2)直线斜率求得的K_(IC)值不受残余应力影响。     

对机械零件疲劳强度校核公式的改进

<正> 疲劳破坏是机械零件常见的失效形式之一。校核机械零件的疲劳强度是化工机器设计的主要任务。 机械零件的疲劳强度不但取决于构成材料的强度(σ_1,σ_0,σ_s与σ_b),而且还与零件在工作状态下的危险点循环特性有关。因为材料在脉动循环下的疲劳极限σ_0较难通过     

玻璃短纤维-热塑性聚氨酯复合材料的性能研究

研究了玻璃短纤维热塑性聚氨酯复合材料中短纤维用量对应力应变曲线、拉伸强度和撕裂强度的影响。试验结果表明,随着复合材料中短纤维用量的增大,复合材料的刚性明显提高、应力应变曲线从典型的粘弹性曲线变为弹性特性曲线、拉伸强度增大（短纤维用量超过１１份）,横向撕裂强度远低于纵向撕裂强度。