织物及复合材料本构方程

近年来,许多新型的复合材料不断涌现,如纺织复合材料、热固性复合材料和热塑性复合材料等等。这些材料在航空、航天、建筑等领域得到日益广泛的应用。因此,对这些材料力学性能的研究已引起国内外高度重视。本文依据各向异性弹性理论,应用弹性力学方法,导出了织物本构方程和热固性复合材料本构方程;考虑到粘性流体的力学性能和流体不可压缩的条件,分析了粘性各向异性材料、正交各向异性材料、横观各向同性材料的力学性能。对热塑性复合材料的力学性能作了深入的研究并推导出其本构方程。     

反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变

运用热力学理论和最小耗能原理,研究了反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变,给出了冲击循环下材料耗散能表达式,建立了与复合材料割线模量降低率相关的损伤变量表达式和损伤演变方程。同时,以试验数据为基础,利用导出的损伤变量表达式,绘制出了反复低速冲击下短纤维复合材料的损伤演变曲线,并对曲线趋势进行了分析。     

强冲击载荷下混凝土动态本构关系

利用一级轻气炮对混凝土靶板进行冲击压缩试验,测量出不同冲击速度下的压力-时间信号曲线。采用拉氏分析方法对实验数据进行分析,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,从而得到混凝土材料应力-应变试验曲线。在试验研究及拉氏分析的基础上,分析混凝土材料在强冲击载荷下的动态本构特性。最后,结合损伤率型演化和粘弹性理论,建立了混凝土材料的损伤型粘弹性本构方程。数值拟合表明理论预示与试验吻合良好。     

缝合复合材料低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,采用空间杆单元来描述缝线,结合试验系统地研究了缝合复合材料的低速冲击损伤问题。采用修正的赫兹接触定律计算冲击接触力,NewMark直接积分法求解运动方程,求解冲击过程中的应力应变;在Chang和Hou等的分层扩展准则基础上,提出一修正的分层扩展准则并考虑纤维断裂,建立了分析低速冲击损伤面积的方法;对相同铺层的缝合与未缝合复合材料层板进行了低速冲击试验。分析结果与实验结果具有良好的一致性,证明本文中提出的修正的分层扩展准则是正确的。计算及试验结果均表明,在相同冲击能量作用下,缝合使冲击损伤面积明显减小。      

整体中空复合材料低速冲击响应研究

整体中空复合材料是一种新型的结构、功能材料,具有优异的力学性能与可设计性.本工作选取两种不同芯层高度的复合材料进行低速冲击相关实验研究:5mm材料进行不同级别能量的低速冲击实验,7mm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)进行了详细分析.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.     

单向玻璃纤维增强环氧树脂在冲击拉伸时的一维本构方程

本文在自行研制的冲击拉伸装置上首次实现了单向玻璃纤维增强环氧树脂的冲击拉伸加卸载试验,结合试件在冲击拉伸过程中的瞬态温升和能量分析的结果,提出了完整的复合丝束模型,推出了冲击拉伸时的一维本构方程;并对该材料在300～2000s-1的应变范围内进行了全面的冲击拉伸试验,通过对试验结果的数值统计分析和应变率相关性分析拟合出具体的本构方程,结果表明这个方程是有效的,有明显的物理意义.     

SMA杂交复合材料板低速冲击响应研究

本应用有限单元法，研究了形状记忆合金(SMA)对复合材料板低速冲击响应性能的影响。研究中，通过分析对比不同SMA体积含量复合材料板的低速冲击响应，得出SMA能的效地改善复合材料板低速冲击响应性能的结论，其中，SMA体积含量为0．3的复合材料板的最大挠度大约减少了30％。     

碳纤维复合材料层压板低速冲击损伤性能分析

碳纤维(Carbon fiber,CF)增强环氧树脂(Epoxy resin,EP)基复合材料因其优异的抗冲击性而被广泛应用在飞机结构件。考虑到飞机在飞行过程中部分结构会遭受多次冲击的工况,设计CF/EP复合材料层合板的多次冲击及冲击后压缩试验。通过对多次冲击的力学响应曲线分析及内部损伤图观测,得到不同冲击载荷对复合材料多次冲击的力学性能影响及多次冲击过程中的主要损伤机制和损伤传播模式。在此基础上,对冲击后的剩余压缩强度及失效形貌进行了分析,得到了CF/EP复合材料层合板在冲击后的损伤容限及失效模式。结果表明：冲击次数的提高将导致复合材料的吸能性下降,抗冲击性下降。在多次冲击过程中,复合材料层合板的损伤模式为自下而上。此外,随冲击能级变化,复合材料在冲击后压缩过程中的主要损伤模式有所变化。     

复合材料机翼格栅结构低速冲击损伤仿真研究

针对采用格栅结构的某无人机机翼,研究了机翼格栅结构在承受低速冲击下结构材料的损伤特性;在ABAQUS软件中建立了冲击损伤过程有限元模型,采用Hashin-Rotem应变失效准则和Camanho参数退化方式,对无穿透破坏前提下的单侧带蒙皮格栅结构进行了冲击仿真实验.研究了针对不同格栅结构构型、不同冲击位置、不同冲击能量等情况下的损伤特性.结果表明:对结构不同位置进行冲击时,结构损伤类型、面积、扩展特性等都有极大的不同,而且复合材料结构不同铺层的损伤特性也有很大差异;验证了格栅结构对损伤扩散具有良好的限制能力,表明格栅结构具有很好的抗损伤能力.     

复合材料任意壳体稳定性研究（Ⅱ）─—本构关系及稳定方程

文中分析了复合材料单层板的弹性主方向及非弹性主方向的弹性特性，进而分析了一般层合板的弹性特性及多层壳的弹性特性，以及导得具有普遍性的多层壳的稳定方程。     

复合材料层合板冲击损伤及剩余强度研究进展

综述了受低速冲击后复合材料层合板的损伤研究进展,重点介绍了倍受复合材料工程结构设计师所关注的含损复合材料层合板的剩余拉伸及压缩强度问题,最后对有待于进一步研究的问题进行了展望.     

炸药低速撞击试验的分析与讨论

研究了标准型撞击装置、12型撞击装置测试的多种炸药撞击感度数据。通过与低速条件下小药片撞击感度和苏珊大型模拟感度等试验结果的比较,研究、分析了各种典型撞击条件下的炸药撞击试验测试结果及测试数据的合理性,并从撞击装置、测试状态等方面讨论了影响炸药在低速撞击条件下感度测试结果的因素。     

The Influence of the Boundary Conditions on Low‐Velocity Impact Composite Damage

Abstract: The objective of this work was to study the influence of the boundary conditions on low‐velocity impact behaviour of carbon‐epoxy composite plates. Experimental work and numerical analysis were performed on [0₄,90₄]_s laminates. The influence of different boundary conditions on the impacted plates was analysed considering rectangular and square plates. The X‐radiography was used as a non‐destructive technique to evaluate the internal damage caused by impact loading. A three‐dimensional numerical analysis was also performed considering progressive damage modelling. The model includes three‐dimensional solid elements and interface finite elements including a cohesive mixed‐mode damage model, which allows simulating delamination between different oriented layers. It was verified that plate’s boundary conditions have influence on the delaminated area. Good agreement between experimental and numerical analysis for shape, orientation and size of the delamination was obtained.     

钢筋混凝土梁在低速冲击下的变形与破坏研究

通过分析钢筋混凝土梁在低速冲击下的应力状态和变形破坏多阶段的性状,建立了冲击体与梁局部与整体相互作用的刚性离散模型,推导了钢筋混凝土梁各构件在不同阶段的变形刚度,利用拉格朗日方程导出了弹性与塑性阶段的运动方程。分析表明：在低速冲击荷载作用下梁的变形与其动力特性、冲击体与梁的质量比Ms/Mb,冲击速度V0、冲击时间和冲击体形状密切相关。在足够宽的Ms/Mb、V0的变化范围内,钢筋混凝土梁呈现出一致的状态特性。     

利用SMA的SME特性改善复合材料板低速冲击响应性能的研究

本文将具有一定塑性应变的形状记忆合金(SMA)纤维埋设在复合材料板中,利用其形状记忆功能(SME)改善复合材料板的低速冲击响应性能。研究中,应用有限元法对SMA杂交复合材料板的低速冲击响应进行了分析,其中,SMA中产生的恢复应力通过实验得出的应力-温度关系确定,冲击接触力通过修正的Hertzian接触定律求得;研究结果表明具有形状记忆功能的SMA能有效地改善复合材料的低速冲击响应性能。     

Damage Constitutive Equations and its Application to Fiber Reinforced Composites under Transverse Impact

Two continuous field variables, called as continuity tensor and damage variable tensor, are used to describe the anisotropic responses of an elastic-brittle material under transverse impact load. Based on the continuum damage mechanics, anisotropic damage constitutive equations in both full and incremental forms are proposed here. The expressions of effective elastic module tensor, damage variable tensor and damage propagation force tensor are further derived, and the methods for determining the tensors are explained in detail. An example of strain and damage response of a fiber reinforced composite laminated plate under transverse impact load is employed to demonstrate the application of this theory. In the example, the damage variable coupled with geometric large deformation of laminated plate is also considered. The calculating results illustrate the influence of damage on strain field in the impacted laminated plate.     

低爆速炸药震源药柱的配方研究

低爆速炸药震源药柱是一种新型内部装填低爆速炸药(1800 m*s-1～2000 m*s-1)的成型药柱.低爆速炸药具有不含任何猛炸药,安全环保,其爆速可调范围大的特点.文中讨论了低爆速炸药震源药柱的配方设计,并给出了低爆速炸药的爆炸特征数据.经在煤田地震勘探生产中使用,证明低爆速炸药震源药柱是一种理想的炸药震源.