复合材料层板层间应力的非线性有限元分析

本文针对pipes-Pagano模型建立了基于修正的Hahn-T sai非线性本构关系的准三维非线性有限元模型。分析了由一种具有明显材料非线性的碳/环氧复合材料构成的[45/-45]_s角交层板和正交对称层板的层间应力分布。结果表明:和弹性模型结果相比,当承受相同载荷时,材料非线性的存在在一定程度上会引起层间剪应力的降低,但对层间正应力的影响并不明显。      

C/C复合材料层间裂纹扩展研究

作为一种耐高温高性能复合材料,Ｃ／Ｃ复合材料具优异的高温力学性能,但是材料本身的脆性是其弱点之一,其中,对于二维碳碳复合材料而言,层间裂纹扩展是其主要损伤机理,本文针对Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹扩展进行实验研究,深入分析了不同密度及加入填充剂填充的二维碳／碳复合材料的层间裂纹扩展方式,测试了Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹扩展能,发现裂纹扩展能随密度的增大而增大,加入石墨粉或热解炭粉可以有效提高材料的裂纹扩展能．     

复合材料层板层间应力分析的能量法

本文首先探讨了复合材料层板层间应力的问题提法,指出了轻典层板理论与层间应力的层板理论的关系;然后本文给出求解层间应力的方法,将每层的面内应力沿厚度方向以完备函数族进行单向展开,沿宽度方向设其为任意函数,利用平衡方程和余能原理可得任意函数所满足Euler方程,通过求解该方程得到层间应力。本文最后还给出了解决奇异性的方法。计算结果表明,应力分布与奇异项系数的收敛都是迅速的。      

复合材料层板层间缺陷分析——剪切滑移

根据三维弹性平衡方程和层间剪切滑移条件,导出了一个复合材料层板层间剪切滑移模型。本文模型具有一般形式的二维板壳理论的位移场及其平衡方程,但因引入了能反映层板界面粘贴情况及板面条件的剪切变形函数,模型因而简单又精确。层板的弯曲问题和屈曲问题被考虑,层间弱粘贴的影响被讨论。数值结果与精确解比较,表明了本文模型的高精度。      

层间弱粘贴复合材料层板的热弹性脱层

本文建立了一个层间弱粘贴复合材料层板热弹性脱层模型.该模型建立在两个描述层间弱粘贴的基本假设基础上.层间位移不连续由层间粘贴的物理关系来描述,表现为层间位移跳跃值与层间残余横向应力的关系;层间温度不连续由层间传热薄层来描述,并据此给出一个计算层间温度跳跃值的计算公式,表现为温度跳跃值与层间横向张开量之间的关系.在此假设基础上,根据平衡方程和静态传热方程导出了正交柱面弯曲层板热弹性脱层解.算例显示了层间弱粘贴对层板热弹性响应的影响.     

复合材料层板+θ/-θ层间断裂韧性研究

本文讨论了纤维增强复合材料层板沿+θ/-θ层间断裂韧性的研究方法;提出在满足一定力学条件时,可沿用机械载荷实验方法测得G_C中“纯机械部分”G_m;结合数值方法计算得出“纯温度部分”G_T,从而得到G_C.给出一个针对DCB试验的充分条件,据此设计铺层并对T300/648和T300/QY8911进行试验和分析(θ=0～30°)、讨论了大变形的影响并提出一个新的修正系数.结合θ对G_C的影响及断口微观形貌作了进一步讨论.     

ARALL层板剥离特性的研究（一）：胶粘剂对层板层间性能的影响

本文采用了Ｂｅｌｌ－剥离法研究了胶粘剂性质及其含量对ＡＲＡＬＬ层间剥离特性的影响。结果表明，层板的剥离过程为多重混合型破坏。由于芳纶／胶粘剂界面结合较前，其剥离强度值较低。使该界面脱粘而破坏，胶粘剂发生内聚破坏以及胶粘剂的韧性增大或含胶量提高均使剥离强度值提高。改善胶粘剂与芳纶的界面粘合状况，提高胶粘剂的韧性是提高层板层间性能的有效途径。     

ARALL层板剥离特性的研究（一）──胶粘剂对层板层间性能的影响

本文采用了Ｂｅｌｌ─剥离法研究了胶粘剂性质及其含量对ＡＲＡＬＬ层间剥离特性的影响。结果表明，层板的剥离过程为多重混合型破坏。由于芳纶／胶粘剂界面结合较差，其剥离强度值较低。使该界面脱粘而破坏，胶粘剂发生内聚破坏以及胶粘剂的韧性增大或含胶量提高均使剥离强度值提高。改善胶粘剂与芳纶的界面粘合状况、提高胶粘剂的韧性是提高层板层间性能的有效途径。     

复合材料正交层板基体裂纹预测

将断裂力学的能量释放率概念及A.S.D.Wang在90°层横向裂纹情况的方法推广到层板后期复杂基体裂纹情况,对[O₂/90n]s层板内的0°层纵向劈裂、0°—90°界面的两种脱层等裂纹形式进行三维有限元分析并得出其应变能释放率与裂纹尺寸的关系曲线,对每种基体开裂给出载荷的理论预测值,与实验结果比较,吻合较好。      

检测复合材料层板损伤区的揭层法

本文介绍了由S.M.Freeman提出的检测复合材料层板内部损伤的新方法——揭层法(Deply technique),根据作者的实际经验详细描述了该方法的实现过程及操作步骤,并给出了部分检测结果。      

含椭圆形分层层板的状态分解-片条合成能量解法

根据叠加原理将含有椭圆形非穿透分层的层板在横向载荷作用下的受力状态进行分解,从而将分层问题归结为在分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析,并据此建立了一个仅包含分层区的力学模型。进而在层板分层区中切取平行于坐标平面的切片,将切片视为含分层的层合梁,其位移模态以相应层合梁的附加位移模态来表示。这样,可构造层板分层区内满足位移边界条件的位移场。最后,应用最小势能原理确定位移幅值的闭合解。计算结果表明,挠度幅值远远大于中面位移幅值,且与由双三角级数能量解法所得挠度幅值吻合很好。      

含矩形内部分层的复合材料层板的 状态分解-片条合成能量解法

根据叠加原理将含有矩形内部分层的层板在横向载荷作用下的受力状态进行分解, 从而 将分层问题归结为在分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析, 并据此 建立了一个仅包含分层区的力学模型。进而在层板分层区中切取平行于边界的切片, 将切片视为 含分层的层合梁, 其位移模态以相应层合梁的附加位移模态来表示。这样, 可构造层板分层区内满 足位移边界条件的位移场。最后, 应用最小势能原理确定位移幅值的闭合解。计算结果表明, 挠度 幅值远远大于中面位移幅值, 且与由双三角级数能量解法所得挠度幅值吻合很好。      

THE VIRTUAL CRACK EXTENSION METHOD FOR CREEP FRACTURE

Knowledge of the creep behaviour of materials used in structures which operate for many years is of fundamental importance when assessing the integrity of such structures. The additional consideration of cracks which may occur in metals is also important. For discrete cracks, characterising parameters associated with the creep conditions at the crack tip may be evaluated to determine whether the crack will grow slowly, rapidly, or remain stationary. For arbitrary structures containing such defects, the finite element method is particularly effective for calculating the time-dependent stress analysis. The particular fracture parameters can then be evaluated using algorithms based on existing technology for contour integration, and a new virtual crack extension technique. These features are described and compared in application to a laboratory compact tension specimen.     

复合材料层合板三维分层问题的断裂力学分析

对复合材料层板中椭圆分层的断裂力学问题进行了研究。根据层板平面剪切型分层和反平面剪切型分层尖端附近位移场、应力场与应力强度因子的关系,利用法向切片法,得到椭圆分层前缘应力强度因子与能量释放率的关系。结合由附加位移所确定的总位能,确定了能量释放率和应力强度因子沿分层前缘分布的表达形式。数值计算给出了二者随分层区形状、载荷以及各层厚度比等参数变化的分布情况。     

含非对称矩形分层的复合材料层合板状态分解-片条合成能量解法

根据叠加原理将横向载荷作用下的含有非对称矩形内部分层的层板进行状态分解,从而将分层问题归结为分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析,并据此建立一个仅包含分层区的简单的力学模型。进而在分层区中切取平行于边界的无限小的切片,将切片视为含分层的层合梁,其位移模态以相应的层合梁的附加位移模态表示。在此基础上构造层板分层区内满足位移边界条件的位移模态,最后用最小势能原理确定位移幅值的闭合解并且分析了分层区的应力场和能量释放率。      

层合板在压剪载荷下屈曲分析的三角有限差分法

本文利用J.M.Housner和M.Stein采用过的、具有以较少的自由度获得较精确结果优点的三角有限差分方法,对复合材料加筋层合板的总位能表达式进行单元划分后的差分变换,再利用能量变分原理导出以差分节点挠度为未知特征向量、外加均布载荷为未知特征值的矩阵形式的屈曲控制方程。对在简支、固支或用挠曲弹簧和弯曲弹簧模拟的弹性支持情况下,承受面内单向压力、剪切或压、剪联合载荷作用的复合材料加筋层合板进行了有效的屈曲分析。文中对以上几种情况进行了数值计算,计算结果同实验结果吻合良好。     

层合梁脱层分析的精细解法

提出了层合梁脱层分析的一种半解析模型及相应的精细积分法。首先沿层合梁面内离散,由修正Hellinger-Reissner 变分原理导出各层的半解析方程。然后将各层等分为若干子层,利用相邻子层间状态量的精细积分关系式,将半解析方程转化为一组几乎无离散误差的代数方程。最后,利用各层代数方程系数矩阵的块三对角形式,建立了一种高效的递推消元方法。该文方法不仅具有极高的精度和效率,同时还能处理多种边界条件(包括脱层条件),以及能很好地克服病态的影响。数值算例充分证明了该文方法的有效性。     

电磁复合材料层合板自由振动的三维解

从三维弹性理论及压电压磁理论出发,导出有限长磁电效应层合板的动力学方程。采用幂级数法,通过处理得到一种比较简便的求解。分析了压电-压磁层合板分别作为动作片和感知片时对振动频率的影响。单层压电板的计算结果与前人结果相近。分析了磁性材料厚度等参数对复合材料板自由振动频率的影响。结果表明,不同排列方式下频率相近,体积分数在25%~75%之间时,频率变化平缓。      

层合板强度分析的双增量法

本文提出了一种关于复合材料层合板强度分析的新方法——双增量法,并给出了双增量法的计算公式和编程方法。算例表明:双增量法不仅比单增量法具有更明确的物理意义,而且其计算结果更接近实测值。      

复合材料非定常温度场的有限元计算

本文借助复合材料的微观特性建立了宏观物理模型,并把空间有限元离散模型和时问-空间有限元离散模型应用于具有任意结构参数和边界条件的复合材料的非定常温度场的有限元计算。计算结果表明,采用集中质量热容矩阵可以得到比采用一致质量热容矩阵更高的计算精度;采用时间-空简有限元可以得到比采用空间有限元更高的计算精度。计算结果还表明,由于复合材料的导热性能极差,因此它是作为航天飞机和空间飞机的热保护装置的理想材料之一。