层间增韧复合材料在静压痕力下的损伤阴抗和渐进损伤分析

在复合材料层合板层间植入韧性层是提高复合材料韧性和抗冲击能力的有效方法.为了研究层间增韧对层合板损伤损伤阻抗的改善作用,文中通过准静态压痕试验研究间增韧复合材料在准静态压痕力的损伤和破坏行为,利用超声C扫描测量分层损伤面积.试验结果表明,层间增韧复合材料具有较高的分层起始载荷和分层起始能量,损伤阻抗显著提高.在相同的载荷水平下,具有较小的分层损伤面积.文中还采用有限元方法对层间增韧复合材料在静压痕力下的分层和铺层失效进行数值分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好.     

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。     

复合材料层间增韧机理的有限元分析

在复合材料层间植入韧性夹层,可以有效提高层间韧性,其增韧机理在于夹层可以有效降低纤维层对裂纹尖端的约束,并降低裂纹尖端应力.文中建立层间裂纹的有限元模型,采用数值分析方法,分别计算加入夹层前后裂纹尖端的J积分值、应力强度因子以及裂纹尖端的应力场.计算结果表明,加入夹层后Ⅰ型和Ⅱ型层间裂纹尖端的J积分、应力强度因子和裂尖应力场均显著降低,并指出在夹层和相邻纤维层间界面附近出现的高应力区是造成界面失效的一个原因.     

夹持力对填充孔复合材料层合板层间应力的影响分析

提出了采用螺栓填充孔形式研究复合材料层合板连接接头孔边层间应力分布规律,并建立了含零厚度界面胶层的三维有限元模型对受面内拉伸载荷的层合板孔边层间应力进行求解。结果表明:层间正应力沿孔分布主要受螺栓夹持力影响,相同夹持力下,不同界面层的层间正应力集中在同一范围内波动;层间剪切应力既受到螺栓夹持力影响又与界面层的类型有关系,如[-45/90]和[0/-45]界面层层间剪切应力整体取值大于其他界面层;螺栓夹持力引起的层间正应力主要为压应力,对层间强度有益,但同时产生的层间剪切应力不利于层间强度的提高,因此存在合适的螺栓夹持力使复合材料接头具有良好的孔边层间强度。     

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。     

含分层复合材料层合板剪切屈曲的实验研究

对含分层损伤的复合材料层合板在纯剪切条件下进行屈曲试验,并通过对试验载荷-应变曲线及损伤形貌的分析以及试验结果和有限元模拟结果的比较,得出复合材料层合板预制分层损伤面积对其剪切屈曲性能的影响.结果表明,试验件含分层损伤面积越大,其破坏载荷越大,而对应的破坏应变越大,因此分层损伤会降低复合材料层合板的承载力和刚度.含分层损伤的层合板试验件其屈曲临界载荷随着分层损伤面积的增加而减小,抗屈曲性能也随之降低.     

PEK-C增韧PF基玻璃布复合材料层间断裂的研究

用ＤＣ８测定和ＳＥＭ观察了ＰＥＫ－Ｃ增韧ＰＦ基玻璃布复合材料Ｉ型层间断裂。结果表明,随ＰＥＫ－Ｃ含量的增加,形成的球粒－网络结构中连续相逐渐以线性结构为主;第二相球粒的数量也随之增多。同时ＰＥＫ－Ｃ中羰基提高了基体与玻纤的界面结合强度,织物交织孔隙造成的树脂柱“铆接”和织物平面弯曲引起的“界面转换”都阻碍了层间裂纹的扩展,提高了层间断裂韧度。     

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。     

垂直度误差影响复合材料层合板层间应力分析

采用有限元仿真的方法分析了连接孔垂直度误差对连接区层间应力的影响规律,基于层间失效准则对垂直度误差影响接力学性能进行了预测并试验验证。结果表明:垂直度误差影响螺栓与连接件之间的接触关系,造成连接区应力分布不均匀;螺栓在带有垂直度误差的连接孔中预紧时会发生位姿调整,其中以螺栓杆挤压孔壁为主;层间剪应力随垂直度误差的增加而增大,是造成分层失效的主要原因;适当提高螺栓预紧力有利于缓解垂直度误差带来的不良影响。     

S-玻纤织物增强复合材料层合板的冲击损伤特性研究

通过空气炮冲击实验装置、渗透剂增强的Ｘ射线照相法和高强光背射法分析了Ｓ－玻纤织物增强复合材料层合板的冲击损伤特性,研究了冲击速度、铺层角、弹丸质量变化时材料的破坏机理与特征,其研究结论对抗弹复合材料的进一步研究与应用具有指导意义。     

损伤复合材料层板胶接修理试验研究

胶接修理是弥补复合材料结构在制造和服役过程中产生的损伤与缺陷的主要方法之一。文中通过强度试验研究在复合材料层板外表面粘接复合材料补片这种临时修理方法的实际效果，并讨论主要修理参数——补片直径、厚度、铺排方式的影响。     

FATIGUE LIFE PREDICTION THEORY OF COMPOSITE LAMINATES AND EXPERIMENTAL VERIFICATION

According to traditional phenomenological fatigue methodology and modem continuum damage mechanics theory, dual fatigue cumulative damage rules to predict fatigue damage formation and propagation lives of the notched composite laminates are presented. A 3-dimensional damage constitutive equation of anisotropic composites is also established. Damage strain energy release rate is interpreted as a driving force of the fatigue delamination damage propagation. A new damage evolution equation and a damage propagation σa-σm-N surface (stress amplitude-mean stress-life surface) are derived. Hence, using the method above, the fatigue life of composite components can be predicted. Finally, theoretically predicted results are compared with experimental data. It is found that the deviation of theoretic prediction from experimental results is about 22%.     

计及湿热效应的层板复合材料疲劳寿命的试验及数据处理方法

湿热环境严重影响复合材料的物理及力学性能 ,为研究湿热效应对疲劳寿命的影响 ,建立考虑湿热影响的复合材料疲劳性能试验方法。文中以剩余强度衰减模型为基础 ,对考虑湿热效应的层板复合材料的拉—拉疲劳性能试验的全过程进行介绍 ,阐述试件准备过程、试验中测试的项目 ,详细介绍基于剩余强度衰减模型中的参数的确定以及试验中试件个数确定的计算方法 ,并且指出试验中一些必要的注意事项 ,对试验中的有关数据处理也给出相应的理论基础。以此试验方法为基础可以方便地进行疲劳寿命的预测与分析     

按摩椅机架的数值模拟分析及其实验研究

针对人们对舒适性和功能性的需求,设计了一种按摩椅机架,基于三维模型对其进行数值模拟分析,通过Adams对虚拟样机模型进行运动学仿真,验证其功能性并为电动推杆的选型提供了理论依据,基于Ansys Workbench环境对结构的关键部件进行有限元分析,校核结构的强度和刚度,在制作实物样机基础上进行实验研究。研究结果表明:设计的机架能够满足零重力和零靠墙的功能要求,结构强度和刚度符合测试标准,实验研究结果与数值模拟分析结果相符合,从客观上验证了数值模拟的有效性,研究结果也为后续的结构优化设计提供了重要依据。     

平头压痕蠕变的试验和数值研究

通过对LY12CZ的平头压痕蠕变和单轴拉伸蠕变行为的比较,主要研究工程材料LY12CZ的压痕蠕变行为.首先对压痕蠕变试验和单轴蠕变试验进行研究,通过试验得出材料蠕变参数及其压痕蠕变参数.其次,通过有限元(finite element method,FEM)分析对压痕蠕变进行模拟,也得出材料的压痕蠕变参数,以上都得出相同温度下由压痕蠕变试验和单轴拉伸蠕变试验得出的应力指数是相等的结论,同时利用转化因子验证压痕蠕变试验和单轴蠕变试验的一致性和等效性,从而证实由压痕蠕变试验描述蠕变是合适的,并且能够确定材料的蠕变参数.     

低速冲击下复合材料层合板分层损伤的数值模拟

为了分析冲击载荷作用时层合板的损伤情况,建立"子板-弹簧元"的三维有限元分析模型.在该模型中将连续铺层相同的单层作为一层合子板,相邻子板间采用弹簧单元连接.采用该模型对一层合板的冲击过程进行分析,分析过程中结合失效准则预测失效模式,然后定义对应的弹簧单元失效来实现材料性能参数的衰减.计算结果和试验结果吻合较好,同时得出一些有用的结论.     

复杂薄壁箱形结构强度数值模拟及试验验证

对复杂薄壁箱形结构在内压载荷下的力学响应和承载能力进行数值分析。得到箱体在内压载荷下的应力和位移变化特性,箱体各模压板块中与加强槽毗邻的球冠边缘区域的Mists等效应力始终占控制地位;获取箱体的屈曲失效模式,基准模型箱体底板的屈曲临界载荷为80 kPa。对模型箱体力学响应特性和承载能力进行试验验证,试验数据与数值模拟结果较为一致,控制点应力最大偏差为12．6％,位移偏差最大值为10．9％;另外,试验发现这种薄壁结构存在底部模压板失稳、包角渗漏和斜拉筋拉脱等3种失效模式。     

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL RESEARCH ON BULLDOZER WORKING PROCESS

A simulative analysis coupled with experiment on behaviors of a soil bed cut by a model bulldozer blade is carried out using the finite element/distinct element method(FE/DEM) facility built in the ELFEN package. Before simulation,the soil specimens are examined through uniaxial tensile/compression,triaxial compression and direct shear tests to obtain model characteristics and relevant parameters,then soil cutting experiments are carried out via a mini-soil bin system with a soil bed of 60/120 mm in width and 10 mm in depth cut by a 1/9 scale model bulldozer blade moving with the velocity of 10 mm/s. The soil constitutive model includes the tensile elastic model for tensile breakage and the compressive elastoplastic relationship with Mohr-Coulomb criterion. The cutting length in simulation is set as 1/4 of that in the experiment divided into 1 869 triangular elements. The comparison between the simulated results and experimental ones shows that the used model is capable of analyzing soil dynamic behaviors qualitatively,and the predicted fracturing profiles in general conform to the experiment. Hence the feasibility for analyzing soil fracturing behaviors in tillage or other similar processes is validated.