非线性热弹性问题的Hamilton半解析法及其在层合板固化降温过程中热应力的分布研究

推导了考虑材料随温度变化非线性特征的增量形式Hamilton半解析有限元法的列式;给出了层合板非线性热弹性问题的求解过程;通过算例,研究了复合材料层合板在固化降温过程非线性热应力分布规律,并同线性分析结果进行了比较.结果表明,非线性分析与线性分析结果存在很大差异.     

复合材料层合板非线性热屈曲分析

本文基于高阶变形理论和修正型Hahn-Tsai非线性本构模型,提出一种复合材料层合板非线性热屈曲分析方法.针对四边简支反对称角铺设复合材料层合板,导出了非线性热屈曲临界温度封闭解.数值结果表明:材料非线性能显著降低层合板临界温度.      

具有分层损伤复合材料加筋与无加筋层合板热-机械力屈曲性态

基于复合材料一维剪切理论——Mindlin 理论, 给出了材料性质与温度有关的含分层损伤复合材料加筋和无加筋层合板的线性和非线性热-机械力耦合情况下的屈曲问题有限元分析方法, 并研究了含分层损伤的加筋和无加筋层合板的两种不同类型的热- 机械力屈曲问题。通过典型算例分析, 讨论了热-机械力耦合效应和分层大小对含分层损伤结构的屈曲性态的影响关系。     

各向异性复合材料对称角铺设层合板非线性弯曲强迫振动

笔者曾经研究讨论了各向异性复合材料反对称角铺设层合板的非线性弯曲强迫振动问题[1]。本文是这一研究领域的继续和扩展。在这里,笔者详细研究了各向异性复合材料对称角铺设层合板在简谐激振力作用下的非线性弯曲强迫振动问题,做了包括算例的全解析过程分析,得到了各向异性对称角铺设层合板在各种量级载荷作用下的幅一频关系,分析了对称角铺设层合板结构的铺设方向角对非线性弯曲强迫振动的幅一频关系影响,所求得的解析形式结果保证了结果的可靠性。本文无疑是对复合材料层合板非线性强迫振动问题研究的一个有意义的深入扩展,它们对于探讨其它复合材料结构的非线性动力问题具有一定的意义。      

复合材料层合板非线性屈曲分析

本文基于高阶变形理论和修正型Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ非线性本构模型，提出一种复合材料层合板非线性热屈曲分析方法。针对四边简支反对称角铺设复合材料层合板，导出了非线性热屈曲临界温度封闭解。数值结果表明：材料非线性能显著降低层合板临界温度。     

各向异性反对称角铺设层合板的非线性弯曲强迫振动分析

笔者以具有代表性的各向异性复合材料反对称角铺设层合板为例,对其在简谐激振力作用下的非线性弯曲强迫振动问题做了包括算例在内的全解析过程分析.得到各向异性反对称角铺设层合板在各种级别荷载作用下的幅-频关系,以及层合板结构铺设层数的变化对非线性弯曲强迫振动幅-频关系的影响,所求得的解析形式的结果保证了结果的可靠性以及由此所推得的结论的代表性.本文工作无疑是复合材料层合板非线性动力问题的一个有意义的尝试,它们对于以后探讨各向异性层合板其它方面的非线性动力问题具有一定的意义.      

矩形橡胶复合材料层合板几何非线性分析

文中应用简单高阶剪切层合理论和大变形理论对各向异性纤维增强的矩形橡胶复合材料层合板进行了几何非线性分析.与线性理论相比,本文作者进行的层合板大变形状态的几何非线性分析和所计算的层板应力分布,更具有准确性.     

矩形橡胶复合材料层合板几何非线性分析

文中应用简单高阶剪切层合理论和大变形理论对各向异性纤维增强的矩形橡胶复合材料层合板进行了几何非线性分析。与线性一理论相比，本文作者进行的层合板大变形状态的几何非线性分析和所计算的层板应力分布，更准确性。     

含材料非线性的热塑性聚乙烯自增强复合材料逐渐损伤分析

以分段线弹性方法考虑了单向复合材料纵向、横向与剪切的非线性特性,建立了静拉伸热塑性PE/PE层合板逐渐损伤模型,利用有限元技术模拟研究了UHMWPE/LDPE层合板逐渐损伤的过程及机理.研究表明,纵向非线性对层合板的拉伸力学行为非线性有显著影响;各向非线性的分段线弹性处理可简便有效地分析复合材料及其结构的非线性问题,结合逐渐损伤分析可清楚揭示基体开裂、纤一基剪切和纤维断裂等损伤模式及其进程.算例分析的理想结果验证了模型的有效性.     

受热复合材料层合板的非线性热振动——Part Ⅱ : 实验研究

对不同铺层方式和铺设角度的复合材料层合板的热振动进行实验研究, 实验结果给出了一些有益的结论, 并有力证明了作者提出的非线性高阶层合理论和非线性热振动分析有限元算法(Part Ι) [1]的正确性。     

热释电材料层合板柱形弯曲解析解

由热机电耦合微分方程出发, 用富里叶级数展开方法, 探讨了含有热释电材料铺层的复合材料层合板的柱形弯曲问题。由于不作任何简化, 所得结果为精确解且适用于任何厚跨比的层合板分析。用复指数形式, 使公式推导简洁统一且极大方便了程序实施。分析中考虑了各种可能的热学、力学和静电学边界条件, 对各种耦合元素相互关系和各自特点进行了分析, 发现结构对热载荷与电载荷的响应有明显的不同。      

光纤布拉格光栅监测复合材料固化

复合材料层合板在固化成型过程中形成的残余应变和应力是影响材料质量的重要因素,它与预浸料铺层在固化工艺过程中产生的应变密切相关。在研究和测试了光纤布拉格光栅应变和温度传感器传感特性的基础上,将二者埋入复合材料预浸料铺层,在热压釜成型工艺过程中监测了材料内部的温度和应变发展历程,由此获得对称正交层合板的宏观残余应变。监测结果表明,单向和对称正交层合板在固化结束后都将产生收缩,对称正交层合板铺层内的残余应变平行于纤维方向为压应变,垂直于纤维方向为拉应变。光纤光栅传感器为复合材料固化监测及层合板残余应力分析提供了一种新的工具,为实现复合材料从制造到服役的全寿命、一体化监测提供了可能。      

OPTIMIZED CURING OF THICK SECTION COMPOSITE LAMINATES

Conventional autoclave curing cycles for thermosetting composite laminates are generally derived from trial-and-error experimentation. Cure cycles are readily available for thin composite laminates. However, developing cure cycles for thick section laminates is time consuming and hence, costly. In addition, one cannot be sure that a selected cycle will be optimum if it is based on a conventional method. This paper shows that through numerical simulation and some minimal experimentation, optimized cure cycles can be developed for thick laminates. The heating cycles for thick laminates can be established by an iterative numerical method. Autoclave processing with conventional and optimal curing cycles for 12.5-mm-thick laminates was performed. The mechanical properties of the products were determined and shown to be comparable, with significant time saving realized in using the optimized cycle.     

数值模拟设计复合材料的固化工艺

在固化过程中复合材料的内部过程很复杂,科学地设计操作工艺需研究过程机理本文阐述了复合材料固化过程的机理,并根据机理模型编制了电算程序,通过数值计算模拟热压条件下复合材料的固化过程,设计出最佳工艺.     

覆铜箔层压板专用低溴环氧树脂/双氰胺体系的固化反应动力学

采用程序升温DSC法研究了覆铜箔层压板专用的低溴环氧树脂／双氰胺体系的非等温固化反应动力学。分别用Kissinger方程和Ozawa—F1ynn—Wall方程推导了该固化体系的固化动力学方程，并计算了固化反应活化能。结果显示Kissinger方程能够较好地反映该体系非等温固化过程中放热峰顶温度的动力学参数，而Ozawa—F1ynn—Wall方程则可在较大固化度范围内计算该固化体系的动力学参数。本研究为环氧树脂／破纤布基覆铜箔层压板及多层印刷电路板的制作工艺提供了理论指导。     

非对称复合材料层板在面内载荷作用下的非线性横向变形或屈曲

本文利用广义富里叶级数法对非对称复合材料层板在面内载荷作用下的非线性横向变形或屈曲问题进行了分析。文中主要研究了四边简支边界条件下,非对称层板的铺层方式和面内载荷形式对横向变形的影响。通过求解非线性控制方程得到了层板的载荷—挠度曲线或特殊情况下的后屈曲平衡曲线。计算结果表明,对于大多数非对称复合材料层板在面内载荷作用下所产生的是横向变形问题,而不是分叉屈曲问题。     

复合材料层合板多尺度交互渐进损伤分析

纤维增强复合材料强度的准确表征是复合材料力学性能研究的核心问题之一。该文以碳纤维增强树脂基复合材料层合板为研究对象,基于宏观-细观多尺度分析方法,根据复合材料的物理失效模式分别给出了基体和纤维的细观失效准则,同时考虑基体失效对复合材料层合板纤维轴向力学性能的影响。提出了新的刚度退化方式,可准确表征复合材料层合板的损伤演化过程,开展了复合材料层合板四点弯模型的多尺度交互渐进损伤分析和试验验证。结果表明:基于多尺度方法的复合材料层合板宏-细观交互渐进损伤分析结果与试验结果吻合较好,新的刚度退化方式可以准确模拟层合板的失效过程。     

Neural-fuzzy optimization of thick composites curing process

This article addresses the optimization of curing process for thick composite laminates. The proposed methodology aims at the evaluation of the thermal cycle promoting a desired evolution of the degree of cure inside the material. At the same time, temperature overshooting as well as excessive temperature and cure degree gradient through the thickness of the material are prevented. The developed approach is based on the integrated application of artificial neural networks and a fuzzy logic controller. The neural networks promptly predict the behavior of composite material during curing process, while the fuzzy logic controller continuously and opportunely adjusts the proper variations on the imposed thermal cycle. The results highlighted the efficiency of the method in comparison with the cure profiles dictated by the material suppliers. For thick laminates, a reduction of 35% of cure time and improvements of approximately 10% of temperature overshooting was obtained compared to conventional curing cycles. The method was validated by experimental tests.     

动力松弛法在复合材料叠层板非线性弯曲问题中的应用

动力松弛法是近十多年来提出并发展的一种数值方法。本文探讨了该法在复合材料叠层板非线性弯曲问题上的应用,推导了用于求解该问题的重要参数——虚拟密度的一般计算公式,用该公式对对称正交铺设及反对称角铺设叠层矩形板进行了数值计算,其结果与试验吻合得较好。