不同芯材高度三维夹芯复合材料抗低速冲击响应的数值模拟

为研究三维夹芯复合材料低速冲击力学响应及损伤机制,借助ANSYS有限元软件,建立不同芯材高度的三维夹芯复合材料细观结构模型进行低速冲击响应模拟,并将模拟值与实验值进行对比分析。结果表明:从宏观角度分析,三维夹芯复合材料抗低速冲击性能随着芯材高度的增加而增加,在上面板均已损坏的情况下,芯材高度为5 mm的材料芯材破坏情况更严重,模拟结果与实验结果具有较好的一致性;从细观角度分析,材料中的经纱、纬纱、接结经纱是承载的主体,树脂基体起次要作用;在5 J能量冲击作用下,材料的破坏模式主要是树脂形变、碎裂,纤维与树脂脱黏。     

玻璃纤维/环氧树脂基夹芯材料侧压性能数值模拟

为分析材料在侧压载荷下的失效机制及破坏模式,采用有限元软件ANSYS,建立了材料的细观结构模型,并进行侧压性能的数值模拟,探讨了材料在3 mm侧压位移载荷作用下复合材料、纤维和树脂基体的应力、应变分布情况。结果表明:玻璃纤维/环氧树脂基夹芯材料在侧压载荷作用下,从宏观角度分析发现,上下面板应力最大,最易发生压缩破坏;芯材应力最小,最不易被破坏;2排芯材间的面板最易发生失稳破坏,这是导致材料失效的最主要原因。从微观角度分析发现,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用,当侧压位移载荷达到3 mm时,材料的破坏模式主要为树脂破裂、纤维与树脂严重脱黏等。     

碳纤维/环氧树脂基中空夹芯复合材料压缩性能的有限元法研究

在已有研究的基础上,利用有限元软件ANSYS Workbench,建立了三维中空夹芯复合材料结构模型,进行三维中空夹芯复合材料的压缩性能研究。利用该模型,探讨了材料在2 mm压缩位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明:三维中空夹芯复合材料在压缩载荷作用下,芯材交叉处应力最大,最容易发生压缩破坏;上下面板应力最小,最不容易发生压缩破坏;复合材料在承受压缩载荷作用时,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用;材料的破坏模式主要为树脂破裂。     

三维整体中空复合材料低速冲击性能

为深入了解三维整体中空复合材料的低速冲击性能,制作了满足要求的测试件。选取2种不同芯层高度的复合材料进行低速冲击相关实验研究。即对5 mm厚的材料进行不同级别能量的低速冲击实验;对7 mm厚的材料进行铝蒙皮前后低速冲击对比实验。借助ORIGIN软件对材料低速冲击过程中的主要参数（速度、位移、冲击载荷、吸收能量等）进行分析。 结果表明：低速冲击过程中的初始损伤能量可用来表征材料的破坏程度;铝蒙皮有利于增强材料的抗低速冲击性能。     

双等离子体改性超高分子量聚乙烯复合材料的弹道响应

为揭示双等离子体改性对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料冲击性能的影响,采用真空辅助树脂灌注成型技术(VARI)制成UHMWPE复合材料,借助原子力显微镜等手段对改性前后的纤维表面进行观测,探究复合材料在低速及高速冲击时的抗冲击性能以及防弹机制。低速冲击载荷作为响应值构筑响应曲面模型,高速摄影机捕捉子弹侵彻改性前后复合材料的过程,分析板材的吸能情况并对侵彻后的试样进行表面观测。结果表明：未改性板材通过各层振荡式波动以形成严重分层来耗散能量;改性后的材料能有效地包覆住子弹,背弹面表层纤维呈现原纤化,断口处出现树脂大量富集,阻抗作用增强,吸能值较未改性材料提高45.59%。     

芳纶平纹机织/非织造混杂结构复合材料低速冲击性能的有限元分析

采用有限元分析方法，研究含芳纶平纹机织物/芳纶非织造布的6种不同预制体结构在不同低速冲击能量下的低速冲击性能，探究不同混杂结构复合材料的低速冲击响应特性，揭示材料在低速冲击条件下的失效机制。有限元分析结果表明，有限元模拟结果和试验结果吻合度较高；在低速冲击能量作用下，层间交替铺层复合材料的损伤程度和变形程度最小；树脂与纱线脱黏、纤维束部分受损，以及非织造布层损伤是复合材料主要的失效模式；芳纶平纹机织物优异的抗剪切性能可阻止损伤的扩展并提高复合材料的损伤容限。     

低速冲击下纺织复合材料抗弯模量与能量吸收特性

主要研究低速冲击下复合材料弯曲形变与能量吸收特性之间的关系,并研究了树脂基增强纤维铺覆手段对材料能量吸收效果的影响.对所制备的复合材料进行冲击试验,研究复合材料抗弯试验的结果与材料冲击能量吸收性能测试结果的关系.分析发现:在一定厚度范围内材料抗弯模量与能量吸收优异程度正相关,抗弯模量高的增强复合材料传递冲击应力波的性能更好,并能在弯曲形变中吸收更多冲击能量.     

三维角联锁机织复合材料低速冲击压缩性质研究

通过试验测量和有限元分析研究了三维角联锁机织复合材料经向低速冲击压缩性质。利用落锤冲击仪测量复合材料在不同冲击能量下的载荷位移关系,利用光学显微镜观察低速冲击压缩后试样的破坏形貌和损伤机理,建立了细观结构有限元模型来进一步解析其低速冲击压缩行为。结果表明:随着冲击能量增加,材料刚度增加,最大载荷下降,总吸收能上升,破坏程度加剧;在破坏形态上表现为高冲击能量会导致裂纹变大、变宽,更易沿经纱方向扩展,并伴有剪切、分叉、界面脱黏分层和纤维断裂抽拔等现象;有限元所得到的载荷-位移曲线和破坏形貌与试验结果具有较好的一致性。     

整体中空夹层复合材料抗低速冲击性能的实验研究

文章采用落锤冲击试验机对整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验.探讨了芯材高度对整体中空夹层复合材料的低速冲击特性如最大冲击载荷、冲击点最大位移和材料损伤时能量吸收等的影响.结果表明:随着芯材高度的增加,整体中空夹层复合材料的最大冲击载荷和冲击损伤阈值降低,而到达最大载荷的时间有所延迟.     

三维夹芯复合材料冲击损伤后弯曲性能研究

采用手糊成型工艺将环氧树脂与三维机织夹芯织物及玻纤平纹织物复合,制成三维夹芯复合材料,并采用不同的冲击高度对其进行低速冲击试验。利用Instron 5969H型万能材料试验机对经过低速冲击试验的三维夹芯复合材料的弯曲性能进行测试,分析冲击高度对三维夹芯复合材料弯曲性能的影响。结果表明:同种三维夹芯复合材料的弯曲性能与冲击高度呈负相关;相同冲击高度下,同种三维夹芯复合材料的经向剩余弯曲强度明显低于其纬向剩余弯曲强度。     

涤纶经编间隔织物复合材料低速冲击防护性能研究

主要探讨了涤纶经编间隔织物复合材料在低速冲击条件下的能量吸收特性。通过调整复合方式、树脂含量以及冲击速度,分析受冲击试样背面的剩余冲击力和破坏特征,比较各个参数对材料冲击防护性能的影响。结果表明:随着冲击速度的增加,固含量对复合材料冲击防护性能的影响由弱变强;在较高冲击速度下,双面为树脂光滑平面的复合材料抗冲击性能较好;在较高固含量条件下,双面树脂镂空复合材料的剩余冲击力较小,能量耗散效果明显,冲击防护性能优异。     

单向复合材料及纯树脂材料抗冲击性能的比较

运用有限元软件ABAQUS,在纱线与树脂基体尺度上计算单向复合材料的抗冲击过程。通过对比分析相同条件下纯树脂材料的抗冲击能力,从弹体的速度变化曲线、冲击应力在复合材料不同组分上的分布等方面说明单向复合材料的抗冲击行为与主要吸能机制。在冲击作用下,与纯树脂材料相比,单向复合材料可使冲击能量在较短的时间内得以耗散,从而表现出更好的能量吸收性能。此外,单向复合材料中的纱线部分的应力峰值明显比树脂部分的应力峰值大,说明单向复合材料所承受的冲击能量主要被纱线增强相所吸收,从而具有更好的抵抗冲击的能力。     

芯材结构对纤维增强复合材料抗压性能影响的有限元分析

为了说明芯材结构对中空纤维增强复合材料力学行为的影响,通过有限元分析的方法,在纱线芯材、树脂尺度上计算并比较“π”形与“O”形这两种不同芯材结构纤维增强复合材料在相同压力作用下的动态响应。通过对比分析两种材料结构的挠度随时间的变化、应力在结构中的分布、最大、最小应力所在位置以及应力均衡度等发现：复合材料（“O”形芯材）的变形程度比复合材料（“π”形芯材）的变形程度小。此外,对于前者而言,其应力集中部位处于几何结构对称的中心线上,这种对称性对材料结构的整体承力有利,且应力的不均衡度较小,使其能够吸收与耗散较多的能量。     

低速冲击下部分材料的能量吸收与扩散

从低速冲击下人体损伤与防护的角度出发,借助自制的冲击测试平台,主要探索部分材料以及组合材料在低速冲击下能量的吸收与传递情况,以及传递到被保护者一面的剩余冲击能量与材料各项特性的关系.对开发优良防护性和实用性的纺织复合材料以及利用纺织复合材料实现低速冲击作用下人体防护技术的应用研究具有重要的意义.     

施载方式对单向复合材料抗拉性能影响的有限元分析

为探究施载方式对单向复合材料抗拉能力的影响,运用有限元软件ABAQUS,根据拉力方向与纱线轴向平行或垂直这2种施载方式,分别建立单向复合材料的细观结构有限元模型,计算其在一恒速力作用下纵向与横向挠度随时间的变化历程、载荷分布以及渐进变形过程。通过分析计算结果发现,施力方向对单向复合材料力学行为的影响显著。在拉力方向与纱线轴向平行的情况下,材料的抗拉性能较好。在设计抗拉性复合材料时,应尽量使材料受力方向与纤维或纱线增强相的轴向保持一致,以获得最优的抗拉性能。     

基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:2.复合材料层合板拉伸过程的有限元分析

针对实际使用中平纹织物复合材料铺层角度问题,将0°/45°/90°/-45°铺层的层合板作为有限元分析对象,研究其犬骨试验件在单向拉伸作用下的响应。分析过程中,将试样视作宏观均匀的弹性材料,利用已得出的平纹织物复合材料的物性值,以8节点块单元对模型进行离散,通过分步施加载荷,得到复合材料的应力与应变曲线。与实测值作对比发现,仿真结果同实测结果相吻合。将节点反力作为复合材料单胞模型的边界条件,对复合材料进行失效预测。结果表明:角度铺层设计可以减弱细观结构的开裂和分层;且在承受相同的拉伸应力下,铺层复合材料单胞内树脂单元失效的数量少,因此具有更高的强度。     

蜂窝夹层结构消音板平压试验研究

通过对蜂窝夹层结构消音板压缩试验研究,建立蜂窝结构压缩应力随压缩应变变化曲线,得到不同位移载荷下芯材的变形特点,试验结果曲线验证了蜂窝纸板压缩过程经历的4个阶段,与理论曲线吻合。从试验结果来看,该芳纶纤维增强蜂窝夹层结构复合材料作为某新机用风扇消音板材料满足力学性能要求。     

单向复合材料微观应变场的h-p型有限元模拟

单向复合材料的纤维和机体是两种典型的异质材料,两者在界面处及各自内部应力/应变场的分布较复杂。目前,很多学者对多尺度模拟方法的研究都是建立在对微观应力/应变场进行模拟的基础上进行的。通常,p型有限元在异质材料细节应力/应变场的分析方面有其优越性。从这个角度出发,采用一定h细化的p型有限元即h-p型有限元模型,分别在多种力载荷和热载荷作用下,利用代表体元(RVE)技术,给出了单向复合材料纤维和机体界面及其各自内部的Mises应变和J1的分布;同时,为了表明计算结果的精度,同时给出了模型的能范误差估计。这种微观力学模拟方法对复合材料结构的多尺度模拟有较重要参考价值。     

单向不连续碳纤维增强复合材料有限元分析

采用有限元法建立了有关的单胞模型和相关的边界条件。着重研究了复合材料的结构参数与单向不连续碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料的细观弹塑性应力应变的关系，分析了纤维重叠比、纤维端部的不连续性对复合材料中纤维与纤维、纤维与周围基体相互作用以及应力场变化的影响。此外利用体积平均法预测了在外载荷作用下不同结构参数的单向不连续碳纤维增强复合材料的弹塑性应力-应变关系。     

芯材高度对整体中空复合材料力学性能的影响

整体中空复合材料是由纤维连续织造呈整体中空结构的新型夹芯材料,具有质轻、高强、高模、可设计等特点.研究了整体中空复合材料在拉伸、压缩、剪切、弯曲等载荷作用下的力学特性,重点分析了芯材高度对材料力学性能的影响.结果表明:整体中空复合材料的侧拉、弯曲破坏模式为脆性破坏,侧压为芯材失稳破坏,剪切为"先剪后拉"破坏模式;随芯材高度的增加,材料的侧拉、侧压和弯曲强度增加,剪切强度降低.研究结果为该类材料的结构优化设计和性能分析奠定了基础.