低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为

对缝纫层合板和无缝纫层合板进行低速冲击后压缩破坏实验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。采用C扫描、X射线、热揭层等技术对层合板内的损伤进行测量和对比。结果表明,界面不是很强的碳纤维增强复合材料层合板低速冲击后受压时,层合板非冲击面的子层屈曲及其扩展是导致层合板冲击后压缩强度下降的重要因素,而且子层屈曲主要是沿垂直载荷的方向(90°)扩展;对于准各向同性板,屈曲子层中与母层相邻的铺层的方向一般为90°。层合板的剩余压缩强度与板的冲击损伤面积无直接关系。      

表面带金属层的复合材料层合板低速冲击数值模拟

使用Abaqus/Explicit建立表面带金属层的复合材料层合板和复合材料裸板低速冲击有限元模型,与已有文献对比验证结果的可靠性,研究结果对复合抗弹结构有很好的借鉴和参考价值.采用Johnson-Cook本构关系模拟铝合金和钛合金层的力学行为,选用Hashin准则对复合材料层内损伤进行失效判断,用二次应力准则来模拟粘结层Cohesive单元的层间失效.结果表明,相同铺层与冲击能量下,表面带铝合金层合板对内部纤维的保护性能优于表面带钛合金层合板,表面带钛合金层合板的抗冲击性能优于复合材料裸板;[§/0°/90°/0°/90°/0°]s铺层层合板的抗冲击性能优于[§/-45°/90°/0°/45°/-45°]s铺层层合板的抗冲击性能;在子弹刚冲破层合板与子弹完全离开层合板阶段,表面带铝合金层合板对子弹动能吸收率最大.     

复合材料层合板冲击损伤及剩余强度研究进展

综述了受低速冲击后复合材料层合板的损伤研究进展,重点介绍了倍受复合材料工程结构设计师所关注的含损复合材料层合板的剩余拉伸及压缩强度问题,最后对有待于进一步研究的问题进行了展望.     

一种复合材料层合板故障诊断的频响—广义模态能量法

复合材料故障诊断问题日益受到人们的重视。利用振动理论和实验技术进行故障诊断是一种很有吸引力和值得探索的方法。本文提出了一种复合材料层合板损伤的频响一能量诊断新方法,此方法选取对故障比较敏感,又能反映结构动力特性的频响函数作为诊断故障的参数,并引入阻尼耗散能计算本文定义的无损板在各阶模态下广义模态能量的分布,通过理论推导和计算得到了损伤前后频响函数在各阶共振峰处的变化,与无损板在给定模态下各单位的模态能量贡献之间的联系。从而得到一种分析小损伤位置和范围的新方法。此方法的一个重要结论是:在小损伤的前提下,对于同一单元或同一区域各阶广义模态能量贡献之间的比值,同假设这一单元或区域有损伤而得到的各阶频响函数在无损板峰值处的变化率之比基本相等。文中提供了能量贡献分布图等,可供分析之用。算例与实验的结果表明,本文提供的方法是有效,可行的。     

一种复合材料层合板故障诊断的频响—广义模态能量法

复合材料故障诊断问题日益受到人们的重视。利用振动理论和实验技术进行故障诊断是一种很有吸引力和值得探索的方法。本文提出了一种复合材料层合板损伤的频响一能量诊断新方法,此方法选取对故障比较敏感,又能反映结构动力特性的频响函数作为诊断故障的参数,并引入阻尼耗散能计算本文定义的无损板在各阶模态下广义模态能量的分布,通过理论推导和计算得到了损伤前后频响函数在各阶共振峰处的变化,与无损板在给定模态下各单位的模态能量贡献之间的联系。从而得到一种分析小损伤位置和范围的新方法。此方法的一个重要结论是:在小损伤的前提下,对于同一单元或同一区域各阶广义模态能量贡献之间的比值,同假设这一单元或区域有损伤而得到的各阶频响函数在无损板峰值处的变化率之比基本相等。文中提供了能量贡献分布图等,可供分析之用。算例与实验的结果表明,本文提供的方法是有效,可行的。      

基于应变信号的复合材料层合板低速冲击损伤识别研究

为了进行复合材料层合板的冲击损伤识别研究, 设计了由小到大的14个等级的冲击能量, 对应由小到大的冲击损伤, 其中最小能量的冲击没有造成损伤, 最大能量的冲击造成穿透复合材料板的损伤。应用冲击过程中测试得到的应变响应进行损伤识别。基于冲击过程中获得的脉冲应变信号, 提出了10个新的冲击损伤识别指标：脉冲上升时间、下降时间、总时间、上升时间比下降时间、下降时间比上升时间;脉冲上升面积、下降面积、总面积、上升面积与下降面积之比、下降面积与上升面积之比。将提出的10个新冲击损伤识别指标与冲击能量的关系进行了对比研究。研究表明：脉冲下降时间、脉冲总时间、脉冲下降面积、脉冲总面积与冲击能量之间的关系大体上都是单调的, 这4个指标适合0.8J/mm到6.67J/mm的大范围的冲击损伤程度识别, 其余6个指标在一定的冲击能量范围内可以识别冲击损伤程度。应用脉冲下降面积、脉冲总面积指标进行了冲击定位识别研究, 研究表明, 这两个指标也可以识别冲击损伤的位置。     

复合材料层合板低速冲击的接触力和能量响应仿真

以连续介质损伤力学（CDM）为基础,提出了一个有效的数值分析模型来模拟碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板低速冲击的接触力响应和能量响应。该模型考虑了不同的失效模式,引入了不可逆的损伤变量和新的刚度折减方式以考虑损伤造成的刚度变化,定义了耗散能的计算方式以考虑损伤造成的能量变化。通过在Abaqus/Explicit平台上编写VUMAT子程序具体实现模型,数值仿真与试验结果吻合较好,验证了该模型的有效性。此外,还综合考虑了Hashin准则与LaRC04准则各自的优缺点,用Hashin和LaRC04相混合得到的准则对低速冲击进行了模拟。结果表明：在冲击外载作用下当CFRP层合板中存在较多基体压缩失效时,采用混合的失效准则模拟得到的接触力响应和能量响应结果更接近试验结果,而使用纯Hashin准则得到的预测结果偏保守。     

复合材料层合板低速冲击逐渐累积损伤预测方法

针对复合材料层板在冲击载荷下,各种损伤的产生和扩展是一个随载荷、时间和空间而演变的过程,发展了复合材料层合板低速冲击逐渐累积损伤预测方法.采用刚度退化技术和改进的Chang-Chang失效准则、显式有限元法来模拟复合材料层合板受到低速冲击下逐渐损伤过程.使用所发展的方法分析了[0m/90n/0m]铺层的复合材料层合板在低速冲击过程中的逐渐损伤扩展,结果表明本文的方法能较好地模拟复合材料层板在低速冲击下的损伤扩展及变形过程,计算结果与实验结果吻合较好;对不同冲击能量下层合板损伤扩展研究表明,冲击能量与分层损伤面积成线性关系.     

低速冲击下复合材料层合板损伤分析

根据低速冲击下复合材料层合板的分层损伤机理,发展了一种分层失效准则,该准则同时考虑了层间拉应力、层间剪应力和基体开裂等因素对分层损伤的影响,并在损伤分析中,区分了冲击正面由挤压应力引起的纤维挤压损伤和冲击背面由弯曲拉应力引起的纤维断裂损伤,模拟了纤维断裂、纤维挤压、基体开裂、基体挤压、分层等五种损伤的起始和扩展过程,完善了作者以前发展了低速冲击逐渐累积损伤模型.通过与实验结果进行比较,验证了模型的合理性.     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤应力分析

目的 为掌握碳纤维复合材料板在低速冲击载荷作用下的损伤规律,延缓失效破坏,对其冲击损伤的应力状态进行研究。方法 基于ABAQUS平台,建立碳纤维复合材料层合板低速冲击有限元模型,采用Hashin失效准则和VUMAT用户子程序,对碳纤维复合材料层合板的冲击过程进行数值模拟,同时考虑层合板层内与层间失效,以此来研究低速冲击条件下复合材料的损伤机理,分析冲击损伤过程中的应力变化趋势,讨论应力的分布状态。重点研究铺层角度及铺层距离冲头远近对应力的影响。结果 不同角度铺层的应力传播轨迹均沿着纤维方向和垂直于纤维方向同时扩展,应力均先增加至极限值而后迅速下降;铺层角度越大,板料的承载能力越弱,0°铺层的极限应力为1 432 MPa,而90°铺层的极限应力降至1 206 MPa;离冲头越远的铺层应力越小,达到峰值的时间更早且率先下降,说明远离冲头的铺层更早发生失效。结论 揭示了碳纤维层合板在低速冲击载荷作用下的应力状态及其对损伤的影响规律,能够为复合材料层合板零件设计提供参考。     

碳纤维增强树脂基复合材料层合板的损伤阻抗表征

通过落锤冲击试验与准静态压痕试验研究了碳纤维增强树脂基复合材料层合板的损伤阻抗,发现两种试验中,复合材料层合板都具有三个损伤阶段。两种试验都具有两个表征损伤阶段变化的拐点:第一个拐点为分层拐点,表征分层起始;第二个拐点为损伤拐点,表征分层扩展趋于饱和。本文建议利用一个三维坐标点(x,y,z,其中x为第二拐点对应的冲击能量,y为相应的凹坑深度,z为分层投影面积)表示的损伤拐点来衡量材料抵抗冲击的能力,此损伤拐点不仅仅代表了材料抵抗冲击的关键点,也揭示了此时的内部损伤状态。     

复合材料加筋壁板冲击损伤特性及损伤容限研究进展

根据近年来复合材料层合板和加筋壁板的冲击损伤特性及损伤容限方面的研究文献,从试验研究和理论分析两方面综述了其研究进展。将含冲击损伤复合材料层板压缩强度分析方法分为五类:宏观唯象法、子层屈曲法、开口等效法、软化夹杂法、累积损伤法,并分析了各类方法的特点和存在的问题。最后对有待进一步研究的问题作了展望。     

复合材料层合板准静态压痕损伤研究

本文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,通过修正损伤层的材料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.     

平面编织复合材料层压板低速冲击后的压缩失效

采用超声C扫描检测、断口分析、有限元分析等方法研究低速冲击损伤对G803/5224与G827/5224两种平面编织复合材料层压板失效行为的影响。结果表明,低速冲击后压缩载荷作用下,G803/5224层压板最终为剪切分层失效,G827/5224层压板最终为剪切屈曲失效,两种层压板低速冲击后压缩的失效模式与未受损伤层压板基本相同。建立了平面编织复合材料层压板的损伤扩展与失效模型,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,可用于平面编织复合材料层压板的失效仿真。     

反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变

运用热力学理论和最小耗能原理,研究了反复低速冲击下短纤维复合材料的能量耗散与损伤演变,给出了冲击循环下材料耗散能表达式,建立了与复合材料割线模量降低率相关的损伤变量表达式和损伤演变方程。同时,以试验数据为基础,利用导出的损伤变量表达式,绘制出了反复低速冲击下短纤维复合材料的损伤演变曲线,并对曲线趋势进行了分析。     

Micromechanical Analysis of Interphase Damage for Fiber Reinforced Composite Laminates

In the present study, the initiation and evolution of the interphase damage and their influences on the global stress-strain relation of composite laminates are predicted by finite element analysis on a micromechanical unit cell model. A thin layer of interphase elements is introduced and its stress-strain relation is derived based on a cohesive law which describes both normal and tangential separations at the interface between the fiber and matrix. In addition, a viscous term is added to the cohesive law to overcome the convergence difficulty induced by the so-called snap-back instability in the numerical analysis. The matrix behavior is described by a recently developed nonlinear viscoelastic constitutive model. As application examples, glass fiber/epoxy unidirectional laminates under off-axis loadings are analyzed. One-quarter of the unit cell is used in the analysis accounting for the geometrical symmetry of the model, and the corresponding periodic boundary conditions for combined global shear and normal loading are derived. Results show that the initiation and evolution of the interphase damage can be well simulated and the predicted global stress-strain responses are in good agreement with the experimental results.     

T700/6421复合材料层板低速冲击后损伤特性

对未增韧及增韧后的T700/6421复合材料层板进行了低速冲击实验,讨论了表面凹坑深度(D)、表面凹坑直径(R)、冲击后压缩强度(CAI)及冲击能量(E)的关系,并通过记录冲击过程中的接触力与时间的变化分析了冲击时的损伤过程。实验结果表明,增韧后的复合材料其更容易出现深凹坑及更大的表面凹坑直径,更容易实现目视明显可见损伤(VID)的效果,并通过分析冲击历程响应发现:低速冲击过程中复合材料层板起始产生分层损伤时的时间与冲击能量并没有必然的联系。