复合材料层合板T型连接结构的渐进损伤分析

以复合材料层合板典型的T型连接结构为研究对象,采用含渐进损伤的有限元模型计算分析复合材料层合板的损伤机理、破坏模式、裂纹扩展和极限强度,并通过试验手段验证了分析方法的可信度,为该型构件的设计与优化提供了依据,为无人机结构的安全性与可靠性提供了保障。     

复合材料层合板压缩载荷下渐进损伤分析与试验验证

基于渐进损伤分析方法,建立了复合材料层合板的三维有限元模型。该模型包含应力分析求解、单元失效判定和损伤单元材料性能退化。采用了修正的带剪切非线性的Hashin准则作为单元的失效判据,使用Camanho模型对失效单元进行材料性能退化。通过编写用户自定义材料子程序(UMAT),实现了失效准则与材料退化准则在Abaqus中的应用。并对有限元模型进行了试验验证。计算值与试验值之间误差为8.7%。有限元计算得出的失效位置与失效模式和实验吻合很好,结果表明本文模型能合理进行层合板的强度预测和失效分析。     

复合材料层合板首末层失效强度的预测方法研究

建立复合材料的三维有限元模型,该模型能有效计算自由边界区的应力以及层间应力,与二维模型相比提高了求解精度;采用Tsai-Wu张量理论作为单元失效的判断依据,引入安全系数计算首层失效,然后使用增量法求解复合材料最终失效强度,使得求解速度加快的同时又不影响求解精度;使用正交实验方法研究不同刚度缩减系数( SCR)对首末层失效强度的影响,发现在进行渐进失效分析时,有限元模型是否合理应该根据首层失效强度与实验值进行比较,不能只考虑最终失效强度与实验值的差异.     

开孔层合板双轴拉伸渐进损伤分析与试验验证

基于渐进损伤分析方法,建立十字架层合板[0/90]4 s的逐渐损伤有限元模型。通过开发参数化应用程序,实现在ANSYS中的仿真应用。研究分析3种加载比对层合板双轴拉伸强度与破坏行为的影响,将有限元模型与试验进行对比验证,其强度计算值与试验值之间最大误差为9%。有限元仿真得出的失效位置与试验吻合较好,可见该模型能合理预测层合板双轴强度并可用于失效分析。     

含孔复合材料层合板在压缩载荷下的三维逐渐损伤

通过逐渐损伤分析可以清楚地了解承载复合材料层合板内部损伤的产生及扩展过程,应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术,对不同材料不同宽孔比的含孔复合材料层合板在压缩载荷作用下的逐渐破坏过程进行分析,综合考虑了基体开裂、基纤剪切、分层及纤维断裂等四种复合材料层合板的主要破坏模式。在通用有限元分析软件ANSYS基础上进行二次开发,编制了参数化的分析模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度和铺层厚度层合板在压缩载荷作用下的逐渐损伤破坏过程及最终失效载荷,通过与已有参考文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。该程序可以较大程度地提高最终失效载荷的预测精度,为复合材料层合板结构的设计和使用提供了有力的技术支持。     

复合材料层合板冲击损伤影响因素分析

应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术对复合材料层合板的低能冲击过程进行了详细分析,研究了不同材料的冲头、不同复合材料体系和不同铺层方式对复合材料层合板冲击损伤的影响规律。研究结果可为更有效地进行复合材料抗冲击结构设计提供一定的指导。     

胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的影响

复合材料由于重量轻、强度高等诸多优点使得其应用非常广泛,然而不可避免地也会在使用过程中出现损伤。受损结构的修补问题,成为日前急待解决的技术问题。在工程实际应用中,对受损复合材料层合板的常见处理方法就是在受损处用胶粘上一补片,用以弥补受损结构的不连续性。采用ANSYS参数化编程语言,以三维逐渐损伤理论为依据,考虑多种失效形式,按已有文献建立相应模型,并通过对比验证模型程序及算法的正确性。分别建立半穿透型及穿透型受损复合材料层合板受损修补模型,在拉伸载荷下对模型进行多参数计算,分别模拟受损不补与胶结修补模型的整个失效过程,取出其中最典型的三组数据进行对比。针对不同大小补片进行计算,得出胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的具体影响。     

复合材料层合板修补结构高速冲击分析

复合材料以其优异的综合性能,在航空航天和防护装备等领域得到广泛应用,胶接修补是复合材料出现损伤、破坏时优先使用的修补方法。对复合材料层合板胶接修补结构在冲击过程中的不同形状和尺寸补片对修补效果的影响,以及1号补片修补结构在修补过程中层合板材料失效情况进行了研究。层合板采用最大应力失效模式,并与已有文献进行对比,验证模型正确性。计算结果表明,在高速冲击过程中,在子弹穿透层合板之前,层合板发生纤维断裂失效,分层失效伴随整个冲击过程。补片的形状和尺寸对修补效果产生重要影响,其中2号补片修补效果最好。     

二维三轴编织复合材料强度及渐进损伤数值预测

针对二维三轴编织复合材料纤维束路径周期波动问题,给出空间周期三次样条的求解方法,基于周期三次样条曲线段,求解任意一点处单元材料主方向。建立非对称的透镜形纤维束横截面,并考虑纤维束横截面随纤维路径产生的扭曲。基于区域叠合思想,利用直接网格建模而后切割的参数化单胞网格建立方案生成二维三轴编织复合材料更为精细的参数化单胞模型。基于Murakami损伤理论建立正交各向异性损伤本构模型,利用等价位移控制实体单元相应模式下损伤的演变发展,在单胞模型中引入界面单元,考虑界面相损伤对材料损伤演变过程的影响,预测45°编织角二维三轴编织复合材料在轴向和横向拉伸载荷作用下的强度以及细观损伤起始、扩展和最终失效过程。数值预测结果与试验结果吻合较好。     

复合材料层合板连接件应力分析

复合材料广泛应用于飞机结构中,各部件间的连接主要通过机械紧固件实现。紧固件连接时需要在复合材料上开孔,会导致孔附近的应力集中,同时会破坏纤维的连续性,这便削弱了复合材料结构的承载能力,直接影响飞行安全与使用寿命。基于有限元软件ANSYS,应用参数化设计语言APDL,考虑接触非线性影响,建立了单钉单剪连接件的三维模型,计算连接件的变形及应力分布,为后续复合材料连接件强度分析提供支撑。     

累积损伤方法在复合材料接头研究中的应用

累积损伤方法已被广泛应用于复合材料的各种结构损伤分析及强度预测中。对累积损伤方法在纤维增强复合材料机械连接接头性能研究中的应用进行了分析论述,主要包含应力分析中的有限元建模、失效判定准则及损伤过程中材料性能退化三大部分。并对该分析方法在今后研究的动向进行了展望。     

先进复合材料层合板损伤行为的实验研究

采用云纹干涉及显微图像分析方法,研究了热塑性复合材料Graphite/PEEK[0/±45/90]2s层合板的层间变形和损伤.用长距离显微镜图像技术测量了该层合板在不同拉伸载荷下试件侧边的细观位移场,同时用偏光显微镜CCD图像采集系统实现了层合板从小变形到大变形过程中,裂纹萌生、裂纹扩展至饱和状态、损伤演化全过程的跟踪测量与分析.     

复合材料层压板低速冲击损伤的有限元模拟

基于复合材料层压板的低速冲击试验,建立一套“铺层-界面-铺层”的复合材料层压板在低速冲击载荷作用下的有限元模型.通过VUMAT子程序建立复合材料铺层的本构关系,采用应力描述的失效判据来判断层内的各种损伤,并结合相应的刚度折减方案对失效单元进行刚度折减.模型中在相邻两铺层间加入cohesive单元,用来模拟层间界面.     

基于应变损伤模型的复合材料层合板低速冲击数值模拟

提出了一种基于应变的复合材料损伤模型,考虑了复合材料冲击过程中出现的面内纤维断裂与压缩,基体开裂与挤裂。在使用Abaqus软件进行数值模拟计算时,自编的用户子程序VUMAT和Cohe-sive模型分别实现了复合材料面板的损伤和层间分层。通过对层合板在不同能量下的低速冲击的有限元模拟发现,模拟得到的分层损伤形状和面积、冲头最大挠度、接触力和凹坑深度都与试验结果吻合较好。     

层合板低速冲击损伤的数值模拟

为了分析复合材料层合板在冲击载荷作用下,层合板的损伤演化发展情况,结合采用单元失效技术和铺层刚度退化技术建立层合板低速冲击的三维有限元分析模型。在该模型中,当有限元模型中的单元发生某种冲击失效形式时,定义该单元发生部分失效,并将其刚度适当的退化。计算发现冲击背面容易产生基体开裂,并由此导致分层发生,而且靠近冲击背面的界面所产生的分层面积要较靠近冲击正面的界面的分层面积要大;随着冲击能量的增大,分层面积也增大;当冲击能量很高时,铺层内会出现纤维断裂,同时在层合板的边界处也容易出现损伤,计算结果和试验结果吻合。     

一种可用于复合材料寿命预测的非线性疲劳损伤累积模型

结合试验数据,提出了一种含有3个待定参数的非线性疲劳损伤累积模型,该模型能够描述复合材料结构疲劳损伤扩展3个阶段,即可以模拟初始循环载荷的损伤快速增长阶段、达到特征损伤状态时的缓慢增长阶段及断裂前损伤快速扩展的阶段。通过算例验证:本文模型与试验数据吻合性较好,可用于对复合材料结构疲劳寿命进行预测及损伤评估。     

碳纤维复合材料层合板损伤的压电阻抗法检测研究

为了验证压电阻抗(Electro-Mechanical impedance,EMI)技术在复合材料结构无损检测中的适用性,搭建损伤检测实验平台,设置不同的工况,测量不同损伤状态下PZT的电导曲线。利用均方根偏差RMSD对电导曲线进行分析,得出了损伤程度、损伤位置与RMSD值之间的关系:损伤程度增大,PZT测得电导曲线的偏移量增大,体现为RMSD值增大;与损伤位置间距越小的PZT测得电导曲线的RMSD值越大。验证了压电阻抗法应用于复合材料结构的适用性,并利用损伤距离与RMSD值之间的关系进行初步定位实验,得到精度较高的定位拟合曲线。     

基于非线性接触的修理后层合板鸟撞损伤特性研究

基于有限元方法,利用商用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,研究修理后层合板鸟撞问题。冲击后的复合材料层合板模型采用阶梯式挖补修理的方式进行修理,通过改变挖补修理的方式,如改变铺层顺序及阶梯数,研究修理后的模型受到冲击的损伤区域及损伤应力规律。     

复合材料层合板准静态压痕损伤实验研究与数值模拟

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,通过修正损伤层材料的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。