复合材料圆柱壳在轴压下的屈曲性能研究

航空、航天飞行器复合材料舱段的结构设计中,受轴向压缩载荷的复合材料圆柱壳体结构的稳定性是非常关键的问题之一。有时该载荷与其发生结构破坏的静载荷比较起来要小得多,结构破坏表现为明显的屈曲破坏特征。合理的设计使得屈曲载荷与强度设计的安全裕度相当,从而提高整体复合材料舱段的结构效率。通过对复合材料圆柱壳体的理论分析介绍,有限元分析,总结出适合于复合材料圆柱舱段的失稳的波形及失稳载荷,为后续的设计提供支撑。     

有限长圆柱壳外压蠕变屈曲解

本文通过构造m波力学模型,以材料发生稳态蠕变为分析基础,求得有限长与无限长圆柱壳外压蠕变屈曲的统一解。并得到实验结果较好的验证。本文还分析了圆柱壳外压蠕变屈曲的特性和影响因素,指出圓柱壳截面初始偏差的大小和形状均对屈曲寿命有较大影响。     

纯弯曲载荷下变刚度圆柱壳屈曲结构优化设计

纤维铺放成型技术极大的提高了复合材料结构的可设计性。本文采用MATLAB遗传算法与ANSYS有限元分析分别对在有强度约束和没有强度约束的弯曲载荷下的变刚度圆柱壳临界屈曲载荷进行优化设计。优化结果显示直线纤维铺层的最大屈曲载荷分别为1511N·m和2189N·m,而优化后得到的变刚度铺层结构的最大屈曲载荷分别为2017N·m和2800N·m,分别增加了33.48%和27.93%。这是因为纤维曲线铺放改变了面内刚度,使拉伸区域纤维能承载更大的拉力,压缩区域能承受更大的屈曲载荷。     

周向波纹圆柱壳屈曲特性研究

选用有限元仿真方法,研究了在均布外压作用下,周向波纹圆柱壳的屈曲问题、以及波纹幅值对柱壳屈曲的影响。首先,设计了1个普通圆柱形耐压壳和2个周向正弦波纹柱形耐压壳,对理想柱壳进行线性屈曲分析,并观察波纹幅值对柱壳屈曲的影响规律;然后为了验证理想柱壳线性屈曲分析的可靠性,要对真实波纹柱壳进行非线性屈曲分析。理想波纹柱壳的线性屈曲分析与真实波纹柱壳的非线性屈曲分析一致表明,随着波纹幅值的增大,圆柱壳抵抗屈曲变形的能力也随之增大,并且理想波纹柱壳的线性失稳模式与真实波纹柱壳后屈曲失稳模式一致。     

轴压作用下缠绕复合材料夹芯圆柱壳力学性能研究

为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采用ABAQUS有限元软件对结构模型进行分析,得到不同载荷下的应变规律;最后,将有限元计算结果与试验结果进行对比,轴向刚度误差为10.69%,测点应变值最大误差为12.88%,表明该方法可用于缠绕复合材料夹芯圆柱壳计算,为复合材料夹芯圆柱壳的设计应用提供指导。     

复合材料扁球壳非线性冲击跳跃屈曲研究现状

本文对复合材料扁球壳的非线性冲击跳跃屈曲的研究进行了较为详细的综述,介绍了这一 研究历史及其发展。重点介绍了一些具有代表性的工作和近期发展。     

组焊圆柱壳在轴向载荷和局部热载荷共同作用下屈曲数值研究

对大型直立设备安装过程中的现场焊接热处理过程中在轴向载荷和局部热载荷共同作用下的屈曲问题进行数值研究。研究结果表明,在焊后热处理过程中加热部位的边缘附近区域存在很大的温度梯度,导致该部位有很大的热应力。在热处理过程中焊缝部位的热应力很小,与加热部位边缘附近区域相比几乎可以忽略不计。组焊圆柱壳在轴向载荷和局部热载荷共同作用下屈曲最先发生在加热部位的边缘附近区域;热处理过程中加热部位边缘存在的局部热应力是导致组焊圆柱壳发生屈曲的关键因素。最后分析了热处理过程中几个关键参数对组焊圆柱壳,临界屈曲载荷的影响。     

美推出玻纤增强聚氨酯泡沫芯材

美公司推玻璃纤维增强聚氨酯泡沫芯材。聚氨酯树脂除了用作结构复合材料的基体外,其硬质泡沫体还在日益增多的用途,如在造船、建筑、风能等中用作玻璃纤维增强结构芯材的基体。美国芯材专业厂商Nida—Core公司,现在就供应两种玻璃纤维增强硬质闭孔聚氨酯泡沫芯材产品,产品牌号分别为STO和SXO。这些产品的制造方法是利用其专利设备把玻璃纤维植入聚氨酯泡沫板中,     

复合材料开缝柱壳压缩屈曲分析与试验

通过试验测量了复合材料开缝柱壳在轴压作用下的屈曲性能,得到其发生屈曲的临界载荷和后屈曲之后的破坏载荷。建立了开缝柱壳的有限元模型,利用Hashin失效准则和特征值法分别进行静强度分析和线性屈曲分析。将有限元一阶屈曲载荷与试验屈曲载荷和静强度破坏载荷对比,有限元结果和试验结果吻合较好。试验表明,开缝柱壳在加载过程中经历了线弹性压缩、线性屈曲、后屈曲3个阶段,最终结构发生屈曲破坏。开缝周围最先发生变形,整个结构屈曲变形较复杂。结构在线性屈曲以后仍能继续承载,发生了后屈曲。研究结果表明,保持缝的长度不变,屈曲载荷随缝的宽度的增加而减小,保持缝的长和宽不变,柱壳长度改变对结构刚度几乎没有影响,增大45°铺层角度也会降低开缝柱壳的屈曲载荷。     

复合材料夹层梁树脂柱的影响分析

本文将芯层树脂柱和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS对舍有树脂柱的点阵增强型复合材料夹层梁建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了树脂柱的分布与材料特性对芯层与上下面层层间应力分布以及梁跨中最大位移的影响,分析了树脂柱对于增强面层和芯层间抗剥离能力的作用.     

钢-混凝土组合梁纵向抗剪非线性分析

在钢混凝土组合梁中,栓钉传递的剪力作用在混凝土板上,当横向钢筋配筋率低于一定值时,混凝土板会发生纵向剪切破坏,从而会导致组合梁的极限承载力降低,不能充分发挥组合梁的优势。采用了ANSYS软件对组合梁进行了非线性有限元分析,并结合试验结果探讨了横向钢筋对组合梁极限受弯承载力的影响,同时对组合梁的挠度及滑移进行了分析。计算结果表明,为保证组合梁混凝土板不发生纵向抗剪破坏,横向钢筋配筋率应不小于0.6%,利用给出的模型可反映出栓钉对混凝土板的作用。     

短纤维对橡胶发泡复合材料增强机理的细观分析

分别制备未增强的橡胶发泡体、未处理短纤维增强的橡胶发泡体和预处理短纤维增强的橡胶发泡体,考察气体泡孔和短纤维在橡胶发泡复合体中的微观形态,细观分析短纤维对橡胶发泡复合材料拉伸行为和压缩行为过程各阶段的增强机理。结果表明:气体泡孔在3种发泡复合材料基体中分布均匀,模压工艺使得短纤维在基体中呈现为平面分布,未处理短纤维周围有气泡包围,而预处理短纤维与橡胶间粘合良好;短纤维能有效地提高发泡复合材料在初始阶段的拉伸模量和100%定伸应力,特别是预处理短纤维表面与橡胶之间具有良好的粘合,有利于传递应力,限制橡胶基体的变形,而对拉伸强度却影响不大。在压缩弹性阶段,由于主要承载的泡壁中纤维呈平面取向,短纤维对压缩模量影响不大,但能有效地限制橡胶发泡复合材料在后屈曲阶段的压缩变形,提高其在高应变下的压缩强度,预处理短纤维增强效果明显高于未处理短纤维。     

不同增塑体系对丁腈橡胶老化前后及胶管扣压过程性能的影响

本文主要研究了不同增塑体系对丁腈橡胶老化前后物理机械性能的影响,以热油老化后的丁腈橡胶的应力-应变曲线作为材料参数,考察不同增塑体系对丁腈胶管扣压过程中性能变化的影响;硫化特性实验结果表明:使用DOP或DOA作为增塑剂时,硫化胶转矩差值较大,使用液体丁腈或聚硫橡胶作为增塑剂时,转矩差值相对较低,其中使用聚硫橡胶作为增塑...     

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的研究进展

综述了长、短玻璃纤维增强聚丙烯（GFRPP）复合材料的研究进展，总结出纤维含量、纤维长度及分布、纤维取向及分布、纤维与基体界面结合和改性等均为影响GFRPP性能的因素。在复合材料中，长度大于临界长度的玻璃纤维对材料的强度才有作用；增强玻璃纤维与聚丙烯的界面结合也是提高增强效果的有效手段。     

Synergistic strengthening of composite films by crosslinking graphene oxide reinforcement and poly(vinyl alcohol) with dicarboxylic acids

High‐strength plastic materials with excellent biodegradability, non‐toxicity and economically wide availability are in high demand. Herein, we demonstrate graphene oxide (GO) composite of poly(vinyl alcohol) (PVA) as a potential bioplastic material by chemical crosslinking. For a potential bioplastic material, PVA has to be addressed for its high water absorbing capacity along with improvement in tensile strength and thermal stability. These issues were addressed by enhancing the interfacial binding between PVA and GO, covalent bonds between the two being introduced by crosslinking with dicarboxylic acids, namely succinic acid (SuA) and adipic acid (AdA). Crosslinking of neat PVA with dicarboxylic acids also resulted in enhanced swelling resistance and thermal stability. The greatest improvement in tensile strength and swelling resistance was observed for a GO crosslinked with diacids due to the synergistic effect of reinforcement and crosslinking. Improvements of 225 and 234% in the tensile strength of PVA (31.19 MPa) were observed for 5% GO–PVA samples crosslinked with 6.25 mmol AdA and 7.5 mmol SuA, respectively. For the same samples, water uptake was 44 and 29%, respectively, compared to the non‐crosslinked PVA (359%). © 2017 Society of Chemical Industry     

Water and salt permeability of reinforcement polymer‐gel composite membrane

The charged mosaic polymer membrane (CMM) without reinforcement and the composite charged mosaic polymer membrane (CCMM) with reinforcement were investigated in terms of salt and water transport (permeability). The composite charged mosaic polymer membrane (CCMM) with reinforcement showed a unique transport behavior such as preferential material transport L_p and ω. Water permeability coefficient, L_p and salt permeability coefficient, ω were estimated by taking account of active layer thickness of composite polymer gel. The L_p and ω values of CCMM with reinforcement were larger than those of CMM without reinforcement. On the other hand, the reflection coefficient of CCMM, σ, showed negative value, which suggested preferential material transport to solvent transport. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

穿透裂纹对层合板拉伸性能的影响

对含3种不同方向穿透裂纹的层合板进行了拉伸试验研究,通过观测试验过程与断口分析,研究了含穿透裂纹层合板的失效行为。在此基础上,采用ABAQUS软件建立了含穿透裂纹层合板渐进损伤有限元分析模型,对其拉伸性能进行了分析,并对初始损伤与裂纹扩展路径进行了研究,讨论了裂纹形式对复合材料层合板剩余拉伸强度的影响。结果表明,初始损伤发生在裂纹尖端,损伤有沿垂直于载荷方向扩展的趋势。裂纹方向的变化对层合板的剩余强度有明显影响。     

Bioinspired design of hybrid composite materials

ABSTRACT

Mimicking the natural design motifs of structural biological materials is a promising approach to achieve a unique combination of strength and toughness for engineering materials. In this study, we proposed a 2D computational model, which is a two-hierarchy hybrid composite inspired by the ultrastructural features of bone. The model is composed of alternating parallel array of two subunits (A & B) mimicking ‘mineralized collagen fibril’ and ‘extrafibrillar matrix’ of bone at ultrastructural level. The subunit-A is formed by short stiff platelets embedded within a soft matrix. The subunit-B consists of randomly distributed stiff grains bonded by a thin layer of tough adhesive phase. To assess the performance of the bioinspired design, a conventional unidirectional long-fiber composite made with the same amount of hard and soft phases was studied. The finite element simulation results indicated that the toughness, strength and elastic modulus of the bioinspired composite was 312%, 83%, and 55% of that of the conventional composite, respectively. The toughness improvement was attributed to the prevalent energy-dissipating damage of adhesive phase in subunit-B and crack-bridging by subunit-A, the two major toughening mechanisms in the model. This study exemplifies some insights into natural design of materials to gain better material performance.