复合材料层合板低速冲击损伤阻抗性能影响因素研究

基于复合材料层合板的结构特点及典型损伤和破坏模式,建立了基于ABAQUS有限元软件的复合材料层合板低速冲击模型.与实验数据对比结果表明,该模型可以准确地模拟复合材料层合板低速冲击损伤阻抗特性.采用该有限元模型,研究复合材料层合板的铺层材料面内性能和铺层角度等参数对其在低速冲击作用下损伤阻抗性能的影响规律.分析结果表明,提高铺层纤维方向拉伸模量可明显提升其抗冲击损伤能力,在复合材料层合板中增加±45°铺层数量能明显提升其抗分层能力,而提高其它方向弹性模量对复合材料层合板低速冲击损伤阻抗性能的影响不明显.     

一种计及分层效应的复合材料层合板疲劳寿命计算方法

给出了一种求解多向铺层复合材料层合板自由边层间应力的简化方法，并在此基础上提出了计及分层损伤的多向铺层复合材料层合板疲劳寿命的计算方法；算例与试验结果对比表明，该方法可以提高复合材料层合板疲劳寿命计算值与试验值的吻合程度。     

FRP/金属混杂层合板低速冲击损伤数值分析

在三维动态有限元分析的基础上，对层合板的低速冲击损伤进行数值模拟，研究其在受载过程中的应力状态，并用Chang-Chang面内失效准则和分层判据进行损伤分析．对损伤的单元进行相应的刚度退化和分层形状、面积的模拟计算．通过具体算例以及与文献中的结果相比较．验证了模型的可靠性和方法的有效性，并对比了纤维增强金属层合板（FRMLs）与传统纤维增强复合材料层合板（FRP）的冲击损伤面积．说明FRMLs具有较好的抗冲击性能。     

不同孔隙率CFRP层合板冲击损伤分析

为了建立适用于织物纤维增强复合材料层合板的冲击损伤失效准则,在适用于复合材料单向板低速冲击失效准则的基础上,改进了纤维及基体破坏的失效准则.对于织物纤维增强复合材料层合板,分别考虑了经向纤维破坏、纬向纤维破坏、基体法向挤压破坏、分层破坏等冲击损伤形式.使用ABAQUS软件建立有限元模型,结合刚度突然退化模型,通过引入不同孔隙率复合材料的基本强度参数,较为准确地预测了不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的冲击损伤投影面积.     

基于CDM的复合材料层合板插层补强强度分析

文章针对复合材料插层补强层合板损伤破坏问题,基于各向异性材料连续介质损伤力学方法,引入材料损伤状态变量对复合材料损伤情况进行描述,建立了复合材料插层补强三维非线性渐进损伤模型;利用该模型对复合材料插层补强层合板的损伤破坏进行了准确预测.重点对补强设计中插层材料铺层比例和补强半径两个设计参数进行了研究,得到了复合材料开口层合板理想的插层材料铺层比例及补强半径范围.     

碳布增强木质层合板的有限元渐进损伤分析

为了提高复合材料的性能,以碳布增强木质层合板为样板,建立了有限元渐进损伤分析模型.采用Hashin失效准则和BK失效准则作为失效判断依据,并采用退化方法进行了试验分析.利用ABAQUS/Explicit软件进行参数化建模,并对层合板在低速冲击作用下的损伤进行预测分析.结果表明,与0铺层型层合板的分层面积相比,碳布增强型木质层合板的分层面积约减小了50%.冲击接触力的试验值和计算值吻合良好,验证了退化模型的可行性与有限元模型的有效性.     

纤维增强复合材料层合板刚度退化研究

复合材料在许多领域都有着非常广泛的应用.基于复合材料层合板损伤理论,对纤维增强复合材料层合板在疲劳载荷作用下的刚度退化过程进行了阐述,对层合板刚度退化不同阶段的损伤机理进行了系统的分析,在此基础上总结了损伤各阶段的分析模型.通过对损伤机理的分析,综合考虑纤维断裂和基体损伤的影响,提出层合板刚度退化二阶段统一的计算模型.     

复合材料层合板低速冲击渐进损伤模型

建立了一种针对低速冲击下碳纤维增强复合材料层合板动态力学响应和损伤扩展的渐进损伤模型。该模型应用Hashin和Hou失效准则来预测层内损伤(纤维和基体损伤)的萌生;结合等效位移法的线性退化方案来模拟损伤的发展;采用双线性牵引力-分离法则的内聚区模型来预测层间分层损伤。编写了相应的用户材料子程序VUMAT,并在有限元软件ABAQUS中完成了25 J能量下复合材料层合板低速冲击的数值仿真分析。通过有限元模型预测得到的接触力-时间曲线、接触力-中心位移曲线、层间分层的损伤分布均与试验结果较好吻合,验证了该模型的有效性。根据仿真结果,分析了纤维和基体的损伤情况,讨论了分层损伤的扩展规律。     

损伤变量对复合材料损伤演化过程的影响分析

复合材料层合板损伤模型中的刚度退化需要通过损伤变量来实现。针对通常采用的2种损伤变量定义,给出了统一表达式。此外,损伤刚度矩阵是损伤变量的函数,基于应变等效假设推导了三维损伤刚度矩阵,从而避免了对损伤刚度矩阵的人为假定。最后,通过复合材料层合板在冲击载荷作用下的数值模拟,讨论了损伤变量的2种定义对数值结果的影响,表明损伤变量的不同定义对分层和基体损伤分布存在一定的影响,对冲击载荷的影响不大。建议在复合材料损伤模拟中,应予关注损伤变量。     

混合结构中金属疲劳对层合板损伤的影响

针对混合结构中层合板和金属的疲劳损伤耦合问题,构建了复合材料渐进疲劳损伤模型和金属材料Lemaitre疲劳损伤模型,采用唯象的弹塑性本构描述单层复合材料面内剪切非线性,基于球张量和剪切张量的应力分解方法推导了低周疲劳能量释放率计算公式。对单钉与多钉螺栓连接结构进行了疲劳损伤和寿命分析,结论表明:循环加载过程中,多钉连接结构钉载向金属搭接板疲劳硬化区域迁移,加剧了层合板局部挤压损伤,降低了层合板拉断载荷,有利于提高以拉断为破坏模式的层合板疲劳寿命。     

含孔二维机织复合材料层合板强度预测方法研究

将基于单层板理论的逐渐累积损伤强度预测方法推广用于含孔二维机织复合材料层合板的强度预测,建立了含孔二维机织复合材料层合板的逐渐累积损伤强度预测方法.并在ANSYS软件平台上开发了相应的参数化二维机织复合材料含孔层合板逐渐累积损伤强度预测程序,对两种孔径两种铺层的含孔二维机织复合材料层合板的强度进行预测,并对其损伤扩展规律进行了分析.经与试验结果对比表明本文所建立的强度预测方法效果良好.     

胶接修补复合材料层合板的渐进损伤分析方法

建立了一种预测胶接修补复合材料层合板损伤演变与剩余强度的渐进损伤分析模型。该有限元方法应用三维渐进损伤模型和内聚力模型分别模拟复合材料层合板和修补胶层的失效过程。引入与材料损伤模式相对应的损伤变量表征材料的损伤状态,材料的刚度矩阵按损伤变量退化。计算得到了复合材料含孔板和相应的复合材料层合板胶接修补结构的极限强度。计算结果和试验数据吻合良好,验证了渐进损伤分析方法的有效性。     

初始缺陷对复合材料层合板力学性能影响研究

复合材料层合板在热压成型以及冷却过程中容易出现分层缺陷,分层缺陷是影响复合材料性能最主要的缺陷形式之一,其在复合材料中的产生和扩展都会显著降低复合材料的结构强度甚至引发灾难性的破坏,所以复合材料的分层缺陷对于结构的可靠性有着十分重要的影响。以初始分层位置以及初始分层直径2个参数作为研究对象设计实验,通过数值模拟和试验得到两者对于复合材料层合板力学性能的影响规律,并得出以下结论:初始分层沿厚度方向位置对线性段平均压缩模量以及应变的影响较小,分层越接近中心面,对极限承载能力影响越大;当缺陷直径在有效作用区长度的8%～20%(18～44 mm)范围内时,对层合板线性段平均压缩模量、极限承载能力以及应变的影响变化不明显,当直径提升到有效作用区长度的27%(60 mm)时,以上性能均出现较大变化。另外,将双线性内聚力单元引入渐进失效方法计算层合板极限承载能力,通过试验结果与数值模拟的对比验证了算法的准确性。     

缝合复合材料中缝线阻滞层间裂纹扩展研究

缝合复合材料层合板的层间剪切强度是影响其设计和应用的重要因素。采用三点弯的试验原理在万能材料试验机上对目前常用的一种缝合复合材料,进行层间裂纹扩展的实验观察研究。实验参考相关的试验标准,研究结果表明:由于缝线的存在,有效地阻止了材料的分层破坏,进一步说明缝合可以有效地抵抗复合材料层合板的分层问题;同时分层的位置并不一定总是在试验件的中间层上,并且各分层出现跨层延伸,说明层合板面内的纤维也出现了破坏,破坏机理是多重的。     

层合板分层失效数值模拟与参数识别

为了精确预测纤维增强复合材料层合板分层失效问题,提出基于虚拟裂纹闭合法的复合材料层合板分层失效准则参数的识别方法.通过双悬臂梁(DCB)试样和末端缺口弯曲(ENF)试样准静态力学试验获得I型和Ⅱ型分层断裂韧性.综合虚拟裂纹闭合法和有限元法,分别建立I型、Ⅱ型以及I/Ⅱ混合型分层数值仿真模型.基于已有的分层混合模式试验数据验证该方法的有效性.针对汽车用平纹机织碳纤维复合材料,利用纯I型和纯Ⅱ型试验和混合模式弯曲试样仿真模型,对分层失效准则参数进行了识别.结果表明,运用所建立的参数识别方法能够准确地得到层合板分层失效准则参数,有效克服了传统试验方法获取失效参数的成本高和周期长的问题.     

低速冲击下复合材料层合板的损伤过程模拟

运用一种精度较高的高阶位移位模型复合材料层合板的应力分析，在分层损伤处采用沿厚度分段抛物线插值的方法拟合横向剪应力，运用该方法进行冲击损伤过程的计算，可以不用重新生成网格，并能计算多个分层同时扩展的情况，最后，将计算模拟结果与献的实验数据进行比较，说明了本方法正确和有效性。     

低速冲击碳纤维增强铝合金层合板力学响应

基于ABAQUS/Explicit建立低速冲击碳纤维增强铝合金(CFRP/Al)层合板有限元模型。采用Johnson-Cook本构模型模拟铝合金蒙皮力学行为,使用材料子程序VUMAT定义3D Hashin准则,以此判定碳纤维增强复合材料层内失效,Cohesive单元模拟层间胶粘层分离与分层损伤。模拟结果表明,铝合金蒙皮可以有效提高碳纤维增强基复合材料抗冲击性能,并且随着蒙皮厚度增加,CFRP/Al层合板变形量、接触力峰值会有所增大,吸能量和剩余冲击能占比有所减小;随着冲击能增加,层合板变形量、吸能量、接触力峰值、剩余冲击能占比皆呈增大趋势。     

采用流固耦合方法的复合材料层合板鸟撞分析

基于流固耦合的方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件构建了复合材料层合板鸟撞损伤模型,通过分析层合板鸟撞后的动响应验证了鸟撞过程的4个阶段,探讨了鸟撞过程中冲击波在层合板中的传递情况;分析了层合板在鸟撞时先后出现的基体压缩、基体开裂以及纤维断裂这一损伤过程;研究了铺层方式对鸟撞后鸟体的剩余能的影响.结果表明:合理的设计铺层方式可以有效提升层合板抗撞能力.     

玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板低冲击能量与凹坑面积关系探究

为探究不同铺层层合板低冲击能量与表面损伤的关系,对2种铺层方式、不同厚度的玻纤/环氧复合层合板进行了低能量冲击试验.采用超景深三维显微镜基恩士VHX-2000C观测层合板遭受冲击区域的板表面损伤形貌特征,根据板表面的损伤情况,探究冲击能量大小与损伤面积的量化关系.引入因子K,绘制2种铺层层合板在各冲击能量下K与凹坑面积的关系曲线,并给出冲击能量值的计算公式.通过实验验证,给出的关系曲线对判断初始冲击能量值具有较高的精确性.由于表面冲击损伤易于观测,因此,建立冲击能量与冲击凹痕之间的联系,更具有理论意义和工程指导意义,结合沈真的冲击能量门槛值研究,针对复合材料层合板的失效判断也具有参考价值,是损伤判断的一项新的研究途径.     

含孔复合材料层合板拉伸强度研究

对含孔复合材料层合板的破坏模式和拉伸强度进行了研究,考查了孔的直径和形状对层合板强度的影响.通过实验研究,测量出含孔层合板的强度.利用有限元软件ABAQUS的子程序USDFLD建立了逐渐损伤失效模型,对层合板的强度进行了数值模拟.研究结果表明,数值模拟得到的强度值和实验测量的强度值吻合较好,文中建立的数值模型可以有效地预测含孔层合板的强度.