纤维环向缠绕复合材料气瓶冲击损伤容限研究

为研究纤维缠绕复合材料层CNG气瓶冲击后损伤容限问题,采用疲劳应变比率作为损伤变量,建立疲劳累积损伤模型;对气瓶缠绕层的冲击损伤剩余强度采用开孔等效计算方法,应用Nuismer—Whitney平均应力准则,关联疲劳累积损伤函数中的最大应力与拉伸载荷下的含孔层合板剩余强度的关系,建立适用于在疲劳载荷下的含孔层合板结构剩余强度的估算方法,用于复合材料CNG气瓶冲击剩余强度的预测。结果表明,文中提出的分析模型预测结果与专家提出的复合材料气瓶冲击损伤评定标准基本吻合。     

复合材料损伤与疲劳研究的进展

层合复合材料由于疲劳载荷产生的损伤因素很多,都将影响材料的强度、刚度与寿命,其中关键问题是在循环载荷下估算它的残余寿命。目前国内外研究复合材料的损伤力学有两种方法,是相辅相成的。本文最后概述了层合复合材料各种损伤对刚度降估算和基体横向裂纹对残余寿命估算研究进展。     

含孔复合材料层合板的疲劳寿命研究

建立了三维有限元模型,分析了复合材料层合板的应力场。使用修正Hashin失效准则判定复合材料的失效模式,并突降失效单元的材料性能。疲劳载荷引起复合材料刚度降和强度降依靠缓降模型实现。笔者将突降模型和缓降模型植入有限元模型中,模拟了复合材料层合板在拉伸和压缩疲劳载荷下的渐进损伤过程,并计算了层合板的纵向刚度损伤和疲劳寿命。层合板的纵向刚度损伤具有三阶段特点,与试验观察是一致的。层合板疲劳寿命预测值与试验值吻合地很好。     

复合材料修补结构的疲劳寿命预测方法

针对复合材料修补结构应力分布复杂的特点,在剩余强度衰减模型的基础上引入局部应力应变法的分析思想,建立起复合材料修补结构的疲劳寿命预测模型.在剩余强度衰减模型和希尔提出的各向异性材料塑性条件基础上建立单向层合板在任意应力状态下的疲劳破坏准则.     

腐蚀环境对飞机梁结构连接件疲劳寿命和裂纹扩展的影响

借助腐蚀环境谱与疲劳载荷谱交替作用来模拟沿海飞机停放-飞行-停放过程。以飞机梁结构连接件的下壁板为主要研究对象,采用标记载荷法和详细目视检测法监测其裂纹的扩展状况,并采用GE5显微镜观测断口形貌。分析了腐蚀环境对梁结构连接件疲劳寿命与裂纹扩展的影响。试验结果表明:在形成穿透裂纹的初始阶段,试验件受到表面的防护漆以及连接处的密封胶保护,腐蚀环境在该阶段对梁结构连接件的疲劳寿命影响不明显,与非腐蚀试验相比, 该阶段的寿命仅缩短了5.5％;在穿透裂纹的扩展阶段,腐蚀环境加速了穿透裂纹的扩展过程,同时还加剧了穿透裂纹扩展过程的分散性,与非腐蚀试验相比,穿透裂纹的扩展寿命缩短了23.1％。     

复合材料层合板冲击后疲劳寿命试验研究与数值模拟

通过对复合材料典型层合板进行落锤冲击试验引入冲击损伤,并对冲击后的复合材料层合板进行不同载荷水平的压-压疲劳试验,得到了不同疲劳载荷作用下层合板损伤扩展规律及疲劳寿命。建立了冲击后层合板疲劳寿命有限元数值计算模型,对层合板进行冲击仿真,并利用有限元软件用户子程序编程,将冲击后计算所得损伤分布结果设置为层合板压—压疲劳寿命计算的起始状态,从而获得层合板在不同疲劳载荷水平下的损伤扩展结果及压—压疲劳寿命数值仿真结果。将试验与有限元数值计算疲劳寿命结果绘制了S-N曲线,通过对比验证了计算结果的准确性,形成一套复合材料层合板冲击后疲劳寿命预测数值计算模型。     

连接件振动疲劳寿命分析的名义应力法

提出了采用名义应力法估算振动载荷下连接件疲劳寿命的方法。综合考虑连接件孔边的应力均方根集中程度、孔表面状况和填充系数的影响,给出了连接件在振动载荷激励下的应力均方严重系数,然后结合连接件孔边的动态特性给出了振动疲劳缺口系数的计算公式。设计并完成了两种激励谱下304不锈钢的连接件振动疲劳试验,结果表明该方法可以很好地预测连接件的振动疲劳寿命。     

残余热应力对复合材料双面胶接含裂纹铝合金板修复结构疲劳寿命的影响

为研究残余热应力对复合材料双面胶接修复损伤金属结构疲劳寿命的影响,利用T300/E51复合材料补片对含中心裂纹的LY12CZ铝合金板进行双面胶接修复,研究了修复结构的疲劳寿命,并通过断口分析反推出了疲劳裂纹的扩展情况;利用Abaqus软件建立了考虑残余热应力的修复结构的三维有限元模型,分别计算了应力强度因子随裂纹长度的变化关系,并利用二次多项式拟合得到了应力强度因子幅值与裂纹长度的关系式;最后,利用Pairs公式材料常数修正法,对修复结构的疲劳寿命进行了预测。结果表明:在相同的疲劳载荷条件下,裂纹板修复结构的疲劳寿命约为未修复裂纹板的23倍;残余热应力会增加裂纹尖端的应力强度因子;有限元模拟的裂纹板修复结构的疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差为3.7%。     

常幅疲劳载荷下复合材料层合板刚度退化试验研究

复合材料层合板在飞机结构中的应用研究一直备受关注。本文主要采用试验方法研究常幅拉伸疲劳载荷作用下3种不同铺层复合材料层合板的刚度随疲劳寿命的变化趋势,取得了大量试验数据,给出了在工程上有价值的结论。     

脱层复合材料圆柱壳屈曲的实验研究

脱层的存在将会大大降低层台结构的屈曲载荷。本文首先针对在轴压载荷作用下含脱层的复合材料层合圆柱壳，设计了测试其稳定性的实验方案。然后利用位移传感器、应变传感器、声发射仪器和红外热像仪等实验仪器，对含任意位置脱层与不含脱层的圆柱壳的屈曲载荷进行了实验测试，并对实验进行了精度分析。最后给出了实验结果并进行了讨论。