三维编织复合材料加筋壳体的稳定性研究

采用单胞几何模型(也称纤维几何模型)计算了编织复合材料的力学参数,并把其作为输入数据用来建立结构的有限元模型,进一步研究四向三维编织复合材料加筋壳体的稳定性问题,分析了结构编织参数对加筋壳体稳定性的影响．结果表明,合理选择结构的编织参数可以有效改善三维编织壳体的稳定性.     

树脂基三维编织复合材料蠕变性能分析

采用拉伸蠕变试验方法研究了树脂基三维编织复合材料的蠕变性能，分析了编织结构、编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料蠕变性能的影响．实验结果表明：在本文试验条件下，树脂基三维复合材料的蠕变曲线分为减速和恒速两个阶段；三维编织复合材料的抗蠕变性能随编织角的减小、纤维体积含量的增加而提高，且三维五向结构的抗蠕变性能优于三维四向结构的抗蠕变性能．     

三维四向编织复合材料等效弹性性能分析

在确立三维四向编织复合材料数字化单胞力学分析模型的基础上，运用均匀化方法对三维编织复合材料的等效弹性性能进行了分析计算，并讨论了编织角和纤维体积含量对此材料等效弹性性能的影响。     

三维面芯编织复合材料的弯曲性能分析

利用碳纤维制备三维面芯编织织物,通过真空辅助树脂传递模塑工艺制备了不同编织角的三维面芯编织复合材料.对三维面芯编织复合材料弯曲性能进行了测试并结合数字图像相关(DIC)方法进行分析.结果表明:三维面芯编织复合材料弯曲性能随着编织角的增大而降低,弯曲曲线前期均呈线性变化,达到极限载荷后,不同编织角的破坏曲线呈现不同的特点...     

基于角向功率谱的复合材料预制件表面编织角的测量

基于纹理分析理论，采用谱分析技术，对三维编织复合材料预制件表面边缘图像进行傅立叶变换，得到其功率谱图和角向功率谱图，可进行平均编织角测量．与传统的三点法、四点法和手工测量法比较，结果表明，该方法的测量结果与手工法设计参数相吻合，对三维编织复合材料预制件表面编织角的自动测量具有实际意义和理论价值．     

复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析

基于螺旋型单胞几何模型和多相有限元理论,建立了三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析模型。通过对代表体积单胞施加不同的复杂载荷比,数值预报了三维四向编织复合材料在双向拉伸和拉剪载荷作用下的破坏点,得到了材料的破坏包络线。结果表明,编织角对三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的破坏影响较大,编织角比较小时,应重视复杂载荷之比对材料破坏的不利影响。此方法为三维编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析提供了有效方法。     

科研鉴定

“二步法三维编织复合材料的细观结构和对力学性能的影响”项目通过国家教育部验收　　由我校特聘教授、复合材料研究所所长、博导李嘉禄教授承担的国家教育部重点项目“二步法三维编织复合材料的细观结构和对力学性能的影响”于 2 0 0 3年 11月 2 5日通过国家教育部组织的专家验收 .　　该项目从实际应用需求出发 ,针对三维编织复合材料的应用基础研究及存在的问题 ,对二步法方型三维编织复合材料的细观 (结构 )及力学性能进行了系统研究 .首次推导编织纱与轴纱交织形成的表面编织角和内部编织角之间的几何关系 ;首次通过计算轴纱纱线填充…     

三维编织含孔复合材料工字梁的弯曲性能分析

制备了含孔三维编织工字梁织物及其复合材料,获得了不同孔洞数的三维编织复合材料工字梁,对其进行了弯曲测试,同时结合3D-DIC图像采集和分析系统研究了三维编织含孔复合材料工字梁的弯曲过程及其损伤机理。结果表明,两孔工字梁在达到其峰值载荷之后,仍然能够保持76%以上的载荷。三维编织含孔工字梁复合材料在弯曲载荷的作用下发生基体开裂、纤维与基体分离、纤维断裂。最大应力点位于腹板空腹区上下方的凹状区域,孔洞周围树脂表面树脂最先发生开裂,裂纹沿着孔洞周边以及编织角方向延展,造成材料失效。     

碳纳米线在三维编织复合材料健康监测中的应用

对三维编织复合材料健康监测技术的现状进行分析,提出采用四步法三维编织技术将碳纳米线与复合材料共同编织形成智能复合材料;对复合材料预制件进行拉伸承载实验,实验数据表明预制件的编织角和碳纳米线织入间距是影响健康监测的重要因素.实验结果说明了碳纳米线传感器作为一种新的综合和分布式技术应用于复合材料制件的健康检测的可行性.     

热载荷对三维编织复合材料拉伸性能的影响

针对热载荷对三维四向编织复合材料拉伸性能的影响,基于材料细观结构几何模型,推导了三维四向编织复合材料稳态热传导分析有限元方程,建立了三维四向编织复合材料热力耦合行为分析力学模型.将稳态热传导分析得到的温度场作为热力耦合分析时的热载荷,并施加相应的机械载荷,完成了热力耦合强度预报.研究结果表明螺旋型纤维等效模型的数值预报结果与实验数据基本吻合,说明该模型能有效地计算三维编织复合材料的纵向拉伸强度;边界热流对小编织角三维四向编织复合材料的纵向拉伸强度影响较大;该研究为后续的瞬态热传导分析分析奠定了基础.     

开孔碳—碳复合材料拉伸力学性能分析

对三种不同开孔形式的碳—碳编织复合材料板进行拉伸测试,获得中央开孔（CH）、双孔串联（DHC）和双孔并联（DHB）三种开孔板的破坏载荷和破坏模式,三种结构的载荷—位移曲线均为线性.采用数值方法,基于点应力准则预报开孔碳—碳编织复合材料板的破坏载荷,与试验结果吻合较好.利用该模型对开孔板应力进行分析,讨论开孔形式对破坏载荷的影响,并获得碳—碳编织复合材料不同开孔下的应力集中系数,对于5 mm厚开圆孔板,碳—碳编织复合材料表现为缺口不敏感.     

复合材料层合梁结构在线损伤检测

复合材料层结构在服役过程中关键部位的裂纹或分层损伤累积发展到一定程度，常出现损伤突变现象，导致结构局部刚度突发性降低和结构性能下降，通过粘贴或埋入复合材料结构中的小型电片构成结构动态响应的激励和检测系统、以小波分析技术从应信号中识别结构损伤信息，可主动在线检测服役中的复合材料结构力学性能的突变，准确捕获结构突发损伤的时刻，这项研究将为许多在役中人们无法直接观察或量测的复合材料结构的在线健康监控提供新的技术支持。     

复合材料加口盖柱壳的设计与分析

基于ABAQUS软件,建立了1/3复合材料加筋柱壳结构的有限元模型,并对其压缩性能进行了分析,结果表明:结构的破坏形式为压缩稳定性破坏。在此基础上,研究了口盖的材料、铺层、尺寸等对带口盖加筋柱壳压缩性能的影响,为满足工程需要提出了对柱壳结构开口尺寸及口盖设计的改进方法。通过对改进结构进行分析表明,将口盖铺层的纤维整体偏转25°,能够使柱壳屈曲载荷提高6.8%,口盖选用与基体结构相同的复合材料比选用金属材料好。在对质量要求不高的情况下,口盖材料可以用铝合金7075代替碳纤维复合材料。     

考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析

由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl-Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比,分析其力学行为特点,给出其数值积分格式,并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序,采用该子程序研究了单层网壳在强震作用下的动力响应。结果表明：Prandtl-Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能,考虑材料损伤累积的结构失效时,结构动力极限荷载相比于P-R模型降低了12.24%,绝大多数杆件全截面屈服,形成大量塑性区带;损伤累积效应一方面会降低结构的动力极限荷载,扩大损伤分布,加深损伤程度,加速结构破坏进程,另一方面也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变。本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度,且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行,能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计。     

复合材料在板锥网壳结构中的应用

板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。采用经典板壳理论，推导出正交叉对称层合板的单元刚度矩阵，对采用复合材料层合板的板锥网壳结构受力性能进行了分析。分析表明，板锥网壳结构采用复合材料新型板材具有更大的优越性。     

荷载非对称分布对组合肋壳稳定性的影响

首先对组合肋壳与其他组合壳体结构形式进行了对比,阐述了组合肋壳这种新型结构的优势.利用非线性有限单元法研究了荷载非对称分布对组合肋壳稳定性的影响,得出了在U.L.描述下的组合单元刚度矩阵,并利用弧长法跟踪结构的荷载-位移曲线.通过在全跨、1/2跨对称、1/2跨不对称、1/4跨四种不同荷载分布作用下,组合肋壳稳定性的全过程跟踪,得到了组合肋壳的失稳形式和最大变形点全过程荷载-位移曲线,发现不同荷载作用下极限荷载不同,1/4跨均布荷载是结构的最不利受力情况,同时计算结果显示组合肋壳结构有较高的后屈曲强度.     

基于小波神经网络复合材料损伤检测的研究

研究了一种采用埋入智能传感器对复合材料冲击损伤检测的系统，在对信号进行处理时，该系统结合了小波变换良好的时频局部特性和神经网络的自学习功能及良好的容错能力的优点，从而能准确地识别出复合材料冲击损伤的位置并提高了冲击损伤检测的速度与准确率。对复合材料的冲击损伤检测进行了仿真，结果表明了该方法是可行的。     

Postbuckling behavior of 3D braided rectangular plates subjected to uniaxial compression and transverse loads in thermal environments

Postbuckling behavior of the 3D braided rectangular plates subjected to uniaxial compression combined with transverse loads in thermal environments is presented.Based on a micro-macro-mechanical model,a 3D braided composite may be treated as a cell system and the geometry of each cell is deeply dependent on its position in the cross-section of the plate.The material properties of the epoxy are expressed as a linear function of temperature.Uniform,linear and nonlinear temperature distributions through the thickness are involved.The lateral pressure(three types of transverse loads,i.e.transverse uniform load;transverse patch load over a central area;and transverse sinusoidal load)is first converted into an initial deflection and the initial geometric imperfection of the plate is taken into account.The governing equations are based on Reddy’s higher-order shear deformation plate theory with a von Kármán-type of kinematic nonlinearity.Two cases of the in-plane boundary conditions are also taken into account.A perturbation technique is employed to determine buckling loads and postbuckling equilibrium paths of simply supported 3D braided rectangular plates.The results reveal that the temperature rise,geometric parameter,fiber volume fraction,braiding angle,the character of the in-plane boundary conditions and different types of initial transverse loads have a significant effect on the buckling and postbuckling behavior of the braided composite plates.     

碳纤维增强聚合物基复合材料修补空心柱体结构的屈曲分析

采用有限元数值方法和解析方法研究了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)加固含损伤空心柱体钢结构在压缩载荷作用下的屈曲问题。通过有限元数值仿真对受轴向压缩载荷的含损伤钢结构进行了纤维增强复合材料的模拟修复,采用八节点复合材料板壳单元模拟复合材料补片结构,考虑理想黏结,通过约束方程建立了CFRP加固含损伤空心柱体钢结构屈曲分析的有限元模型,计算了钢结构的屈曲临界载荷,并与基于能量原理推导的CFRP加固受轴向压缩载荷空心柱体屈曲载荷的理论公式做了比较。参数讨论表明,粘贴CFRP对提高受压结构载荷效果显著;通过改善CFRP层参数可提高结构的临界载荷,增强修补效果;有限元法结果与解析公式计算结果比较吻合。