编织复合材料圆管准静态轴向压缩吸能特性的试验研究

通过二维三向编织复合材料圆管的轴向准静态压缩试验, 分析了编织复合材料圆管的压缩破坏机理和吸能特性, 并探讨了编织参数对吸能特性的影响。试验中观察到4种破坏模式: 分瓣破坏、 局部屈曲、 块状断裂和突发破坏。在纤维体积分数相同的情况下, 随着编织层数的增加和编织角的减小, 圆管的吸能能力有所提高。二维三向编织复合材料圆管是一种较好的吸能材料, 具有较高的单位质量吸能特性。      

典型螺栓连接CFRP薄壁C型柱轴压失效行为:试验及数值模拟

为了研究典型螺栓连接碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)薄壁C型柱的轴压失效模式及吸能特性,进行了5组不同铺层方式C型柱的准静态轴压试验,即[0/90]_4s、[±45]_4s、[±45/90₂/0₄]_s、[±45/90/0₂/90/0₂]_s、[90/±45/0]_2s,获得其失效形貌及载荷-位移曲线。采用Lavadèze单层壳单元模型、Puck-Yamada失效准则、层间胶粘单元及螺栓模型,建立C型柱层合壳模型进行轴压仿真,并与试验失效形貌、载荷-位移曲线及吸能特性评估指标进行对比分析。结果表明:0°、±45°、90°纤维可以显著影响C型柱轴压失效模式及吸能特性。在轴压载荷下,±45°纤维铺设C型柱发生局部屈曲失效模式,吸能特性差。±45°纤维铺设在外部,0°和90°纤维交替铺设在内部的C型柱,其轴压失效过程平稳,吸能特性好。与C型柱轴压试验结果相比,层合壳模型获得的整体变形和局部失效形貌吻合较好,载荷-位移曲线变化趋势和吸能特性评价指标基本一致。研究结果对CFRP薄壁C型柱吸能设计具有一定的指导意义。      

复合材料圆柱壳的轴压屈曲失效试验

为了研究高径比大于1的复合材料圆柱壳的轴压屈曲性能及其失效模式,对2组单向纤维圆柱壳和3组外侧环裹环向纤维圆柱壳进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,利用有限元模型分析了单向纤维圆柱壳两种屈曲形式的破坏机制,对比分析了两种铺层试件的轴压性能。结果表明:单向纤维复合材料圆柱壳出现先纵向劈裂后板壳屈曲和先柱壳屈曲后纵向劈裂的两种破坏模式;外侧环向纤维可改善圆柱壳的轴压性能,屈曲发展有一定的阶段性并表现出延性特征,破坏形式和承载力均较为稳定。     

GFRP约束微珠泡沫柱准静态受压性能

本研究对2根微珠泡沫柱及5根玻璃纤维复合材料(GFRP)约束微珠泡沫组合柱开展准静态轴压试验,探讨了GFRP层数、横向纤维与纵向纤维比例、泡沫密度等参数对组合柱极限承载力和吸能效应的影响,并与静态试验结果进行对比,研究不同加载速率对构件受压性能的影响规律.结果表明:准静态压缩作用下GFRP层数和泡沫密度的增加均提高了构...     

波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料结构准静态压缩吸能特性

随着车船运输量与日俱增,由此引发的车船撞击结构物的事故频发,造成严重的生命财产损失与结构破坏,亟需为桥梁等结构物设置防护吸能装置。该文提出了一种新型波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料吸能结构。该复合结构以聚氨酯泡沫为芯材,玻璃纤维增强复合材料(Glass fiber reinforced polymer,简称GFRP)为面板,在波纹型泡沫的间隙铺设双轴向玻璃纤维布,利用真空导入工艺成型。通过波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料结构的准静态压缩试验,研究了波纹腹板与面板壁厚以及波长对夹芯结构破坏模式、承载能力以及吸能特性的影响。试验结果表明：腹板壁厚较大、波长较短的试件吸能效果最优。此外,对试验工况进行了有限元数值模拟,分析了腹板壁厚与泡沫密度因素对试件承载力的影响,为其在防撞领域的应用提供一定依据。     

复合材料/铝复合管轴向准静态及冲击压溃的吸能特性

用数值模拟方法,研究了方形和圆形截面的复合材料/铝复合管在轴向准静态及冲击压溃下的吸能特性,计算得到压溃力-位移曲线。通过将一组方形截面复合管在准静态压溃条件下的计算结果与文献的实验数据进行对比,以验证有限元模型和参数设置的正确性。在铝管的管厚、管长以及截面外周长相同,缠绕不同厚度的复合材料情况下,对比分析了方形和圆形截面复合管在准静态及冲击压溃条件下的轴向压溃吸能特性。结果表明,复合管的截面构型对其吸能效果影响很大,在轴向准静态压溃条件下,圆形截面复合管吸能能力要强于方形截面复合管;冲击压溃吸能量不但与结构自身吸能力有关,还受到外界冲击大小的影响。在设计复合材料层厚度时,需要控制复合管的刚度,避免回弹造成吸能量的降低。     

复合材料层合板准静态压痕损伤研究

本文对复合材料层合板准静态横向压缩特性损伤进行了研究.在损伤模拟过程中采用机体开裂和分层扩展判据,分类考虑了不同的损伤形式,通过修正损伤层的材料常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对横向压痕过程的影响.损伤模拟结果与超声C扫描的结果吻合较好.     

“离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究

采用“离位”增韧技术对双马来酰亚胺复合材料层压板进行了层间增韧,然后对增韧和未增韧的两种双马复合材料层压板进行准静态压入及冲击后压缩剩余强度试验研究,并用超声C扫描和热揭层对层压板的损伤进行测量.结果表明:经过“离位”增韧的双马复合材料层压板层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的结构,该结构不仅能抑制增韧层压板的内部损伤面积,改善损伤阻抗,使其表面凹坑深度更明显,而且还大幅提高了其损伤容限.     

复合材料层合板准静态压痕实验研究

采用准静态压痕(QSI) 实验方法针对多种材料对集中准静态压痕力的损伤阻抗进行了测试。选取2 个特征载荷下的试样进行了超声C 扫描探伤和扫描电镜(SEM) 显微观察, 分析了QSI 实验中层合板的损伤过程, 针对初始分层接触力f₁和最大接触力f₂对材料的损伤阻抗特性进行了分析。测试了2 种材料体系层压板的最大接触力, 发现该值具有较好的可重复性。研究了测试条件(试样尺寸和支持条件) 和材料特性(不同纤维、基体种类和铺层方式) 对最大接触力的影响。实验结果表明, 试样尺寸和支持条件对最大接触力的影响较小, 在必要时可以采用非标试样测试最大接触力, 而最大接触力与树脂基体、纤维特性及铺层方式都有关, 最大接触力对应的凹坑深度d₂主要由纤维强度和延伸率决定, 树脂特性对d2有影响但影响程度较小。      

轨道车辆吸能装置准静态试验测试技术研究

试验研究方法是轨道车辆吸能装置耐撞性最直接、最具有说服力的研究方法。针对目前国内文献鲜有通过试验对吸能装置耐撞性进行研究的现状,本文设计出一种轨道车辆吸能装置准静态试验测试方法,并对某地铁列车吸能装置进行试验,得到吸能装置压缩力、压缩位移两个关键吸能特性指标;通过准静态试验边界条件,建立等同的仿真分析模型,通过仿真分析方法研究吸能装置的吸能特性并与试验结果进行对比。研究表明:此吸能装置准静态试验测试方法具有可行性,能够满足实际工程需要;分析结果与试验结果一致性较好,验证了分析结果的准确性和试验测试方法的有效性,通过试验与分析结合的方法为吸能装置吸能特性及后续结构优化提供了理论和试验支撑。     

离位增韧复合材料层合板准静态压入实验研究

采用准静态压入(Quasi-Static Indentation, QSI)实验方法对"离位"增韧复合材料层合板和未增韧层合板进行了实验研究.分析了QSI实验中层合板的损伤破坏过程,并对两类层合板的实验结果进行了对比分析.结果表明:"离位"增韧技术能够有效提升复合材料层合板的低速冲击损伤阻抗性能;准静态压入实验中,接触...     

玻璃空心微球/铝基多孔复合材料的制备及其准静态压缩特性和吸能性能

铝基多孔复合材料由铝基体和空心微球复合而成,兼具轻质与吸能特性。本文采用放电等离子烧结(SPS)方法制备玻璃空心微球/铝基多孔复合材料,通过光学显微镜、SEM、准静态压缩原位观察和数字图像相关技术表征,分析了空心微球含量及尺寸对复合材料准静态压缩变形行为和吸能性能的影响。结果表明：两步升温SPS烧结制备所得的铝基多孔复合材料,其微球弥散均匀嵌于铝基体中,铝基体熔合致密。随空心微球含量增加,复合材料压缩应力整体降低,屈服平台区扩大但由平滑转变为锯齿状,压缩变形行为从较均匀的鼓状形变逐渐发展为脆性剪切,微球体积分数为50vol%的多孔复合材料吸能能力为23.6 J·cm^-3,高于体积分数为30vol%和70vol%的多孔复合材料,复合材料吸能能力与微球含量间存在最优对应关系。小尺寸微球具有更好的抗压能力,随小尺寸微球占比的提高,复合材料微观上可承受更高的应力-应变集中,宏观上剪切形变的压缩应变增大,本文中小尺寸微球多孔复合材料的峰值应力和吸能能力分别为89.4 MPa和29.0 J·cm^-3,与大尺寸微球多孔复合材料相比分别提高23.5%和22....     

碳纤维复合材料层板在准静态球头压入条件下的压入深度-压力-电阻性质

在ASTMD6264－68试验方法的基础上,同步测量了纤维复合材料层板的压入深度－压力－电阻,以及电阻－时间关系,确定了电极形式对这些关系的影响规律,拓展了ASTMD6264－98试验方法的探测范围和探测量,为准静态压入方法研究材料损伤创造了有利的试验条件。     

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。      

复合材料波纹夹层圆柱壳设计及轴压性能

结构轻量化是航空航天发展的永恒主题, 波纹夹层圆柱壳作为常见的轻质结构形式, 在航空航天领域具有很大的发展空间。采用模具热压法, 制备出纵向和环向碳纤维复合材料波纹夹层圆柱壳, 其中芯子整体成型, 面板分瓣制备。采用经典板壳屈曲理论, 分析纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴压力学性能, 得到了欧拉屈曲、整体屈曲、局部屈曲和面板压溃4种失效模式下的极限载荷理论公式。绘制出结构的失效机制图, 直观显示出了失效模式与试件尺寸之间的关系。通过对纵向和环向波纹夹层圆柱壳的轴向压缩试验, 获得了结构的载荷-位移曲线及局部屈曲和面板压溃2种失效模式。结果表明:纵向波纹夹层圆柱壳的轴向承载能力及载荷/质量效率优于环向波纹夹层圆柱壳, 在一定范围内增加圆柱壳面板的厚度、减小圆柱壳的高度可提高结构的载荷/质量效率。      

圆形薄壁构件准静态径向压缩下的吸能特性分析

为探讨薄壁吸能构件径向压缩下的吸能防冲特性,以圆形薄壁构件为例,采用理论分析、数值模拟和实验研究方法,对构件径向压缩下的吸能防冲特性进行研究,得出以下主要结论:构件压缩过程中具有稳定的变形破坏模式和较为恒定的承载力。内径对载荷波动系数、冲程效率和总吸能影响较小,压溃峰值载荷、平均压溃载荷随内径增加而降低。构件压溃峰值载荷、平均压溃载荷和总吸能均随壁厚增加而增大,载荷波动系数和冲程效率随壁厚增加而降低。长度对载荷波动系数和冲程效率影响较小,构件压溃峰值载荷、平均压溃载荷和总吸能均随长度增加而增大。研究结果为圆形构件尺寸选取提供理论依据,为其它类型薄壁构件径向压缩吸能特性分析提供参考。     

复合材料货舱地板立柱压溃响应试验

复合材料已经在民用飞机结构上得到广泛应用,并逐渐应用到主承力结构中,复合材料的脆性特点给飞机的适坠性设计和评估提出了新的挑战。复合材料机身货舱地板支撑立柱作为坠撞过程中的重要吸能元件,对机身结构抗坠撞性能有重要影响。复合材料货舱地板支撑立柱在压溃失效模式下吸收的能量明显多于整体弯曲失效模式。根据民用飞机复合材料货舱地板立柱的设计需求,对不同试件触发模式、高度、截面形式、截面面积等设计参数变化的T700GC碳纤维/环氧树脂复合材料立柱开展准静态和动态压溃试验,得到立柱吸能特性的关键影响参数和设计因子。      

复合材料层合板准静压损伤的数值模拟

从层合板准静压损伤机制出发, 根据渐进累积损伤原理, 建立了复合材料层合板准静压损伤的有限元模型, 合理地描述了复合材料层合板内部不同形式的损伤及其累积过程, 进而讨论了在相同的层合板厚度下, 单向铺层厚度对层合板准静压损伤的影响。结果表明, 单层厚度的增加会加大层合板的基体开裂损伤以及分层损伤的程度, 但有利于抑制纤维断裂的发生。