纤维增强复合材料的破坏准则

对于纤维增强复合材料,一般都需要用材料的三个甚至六个破坏实验的结果,来给出复合应力状态下的破坏准则(如Tsai-Hill准则需要三个实验结果;Tsai-Wu准则需要六个实验结果)。本文从偏轴拉伸实验的观察分析中得出:在非单向拉伸应力状态下,纤维增强复合材料的破坏可以认为是由基体控制的。即,基体首先破坏,继而造成整个材料的破坏。据此,提出了以基体破坏来判定材料破坏的破坏准则。采用树脂系统基体时,由于树脂的拉伸强度与剪切强度相近,并在树脂纯扭转实验中可观察到明显的与试样轴成45°的残留断面,故认为:用最大应力理论来判定基体的破坏是适合的。这样,只需知道组份材料的性能和组份含量,就完全可以给出材料在复合应力状态下的破坏准则,节省做三个、甚至六个实验所耗费的精力和费用。     

玻璃纤维复合材料雷击破损仿真与试验

采用理论推导、仿真分析与试验验证相结合的方式,研究飞机复合材料夹芯板的雷击破损机理和破损状态,为飞机的防雷设计提供依据。通过建立热-电-力耦合物理场复合材料板的三维有限元模型,按结构和作用过程分步进行飞机复合材料雷击效果仿真分析,研究复合材料板遭到雷击后的破损机理以及可能出现的破损状态。通过冲击电流发生器进行模拟雷电试验,观察复合材料板的雷击效果,并与仿真结果相对比,验证了仿真办法的有效性和仿真结果的正确性。     

基于ANSYS ACP的复合材料潜水器结构设计

基于ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块研究了潜水器在起吊工况下的结构强度。采用Hill-Tsai强度理论和Tsai-Wu强度理论,对比了两种不同失效准则下的潜水器结构失效形式。对潜水器不同结构区域处碳纤维编织材料的铺层数量进行参数化设置,结合试验设计方法,用合理有效的计算样本得到了复合材料潜水器载体结构的最优设计方案。文中采用的复合材料结构有限元计算与试验设计相结合的方法,对于复合材料工程结构的直接优化具有一定的参考价值。     

纤维增强复合材料性能

<正> 5 复合材料单层板的强度准则一般所说的复合材料强度准则,就是指复合材料单层板的强度准则。复合材料层合板的强度可以根据单层板的强度准则和层板的具体铺设方式进行计算预测。前节介绍的复合材料单层板的强度,都是单向应力下的材料强度,如单纯拉伸应力作用下的拉伸强度,单纯剪切应力作用下的剪切强度……等等。而在实际应用中,大多数情况下材料同时受到多向应力的作用,例如同时受到纵向应力σ_1和横向应力σ_2的作用,或是同时受到纵向应力σ_1和剪切应力τ_(12)的作用……等等,此时如何判定材料的失效应力或称多向应力状态下     

碳纤维增强聚氨酯密封胶强度分析

利用复合材料层合板理论对碳纤维增强聚氨酯(PU)密封胶在海水压力下的受力状况进行了简要的数学分析,并结合耐压试验结果,对碳纤维增强PU密封胶的老化及渗漏性能进行了分析。结果表明:应用层合板理论计算得到的复合材料环体的轴向压缩强度、环向拉伸强度、径向压缩强度及受力情况均满足设计要求;但是,上述计算均以碳纤维增强PU胶粘剂材料的静态力学性能为依据的,而复合材料环体在工作时呈动态力学状态,故应用层合板理论进行相关性能的计算还存在着一定的误差;目前采用碳纤维增强PU缠绕工艺、辅以表面处理剂和净水隔离剂后所制备的电缆密封胶,在7MPa压力作用下,环型管节没有泄漏,与计算结果预测一致。     

碳纤维增强聚氨酯密封胶强度分析

利用复合材料层合板理论对碳纤维增强聚氨酯（PU）密封胶在海水压力下的受力状况进行了简要的数学分析,并结合耐压试验结果,对碳纤维增强PU密封胶的老化及渗漏性能进行了分析。结果表明：应用层合板理论计算得到的复合材料环体的轴向压缩强度、环向拉伸强度、径向压缩强度及受力情况均满足设计要求;但是,上述计算均以碳纤维增强PU胶粘剂材料的静态力学性能为依据的,而复合材料环体在工作时呈动态力学状态,故应用层合板理论进行相关性能的计算还存在着一定的误差;目前采用碳纤维增强PU缠绕工艺、辅以表面处理剂和净水隔离剂后所制备的电缆密封胶,在7MPa压力作用下,环型管节没有泄漏,与计算结果预测一致。     

碳纤维复合材料纵横向拉压强度性能预测

复合材料失效准则复杂多样,为提出一个较为高效且通用的强度预测方案,针对复合材料单向板及层合板进行了研究.以试验研究及仿真分析相结合的方法,对基于Tsai-Wu准则及Hashin准则的极限强度计算精度进行了对比分析,并给出了碳纤维复合材料损伤过程中的能量耗散计算的经验公式.结果表明,不区分失效方式的Tsai-Wu准则强度...     

隔声复合材料隔声性能的数值模拟及实验研究

根据隔声原理,制备了一种内部均布钢球的玻璃纤维增强树脂基隔声复合材料。分别使用数值模拟与实验研究的方法研究了复合材料的隔声效果。模拟数值结果和实验结果均显示了隔声复合材料有良好的隔声性能。针对阻抗管测量隔声方法,利用有限元方法得到了材料隔声量的数值模拟结果。均值材料计算结果与理论结果的比较以及隔声复合材料的计算结果与实验结果的比较,证明了该数值模拟方法在模拟材料隔声量的有效性与可行性。     

纤维复合材料的方向性性能及与强度准则的关系

本文介绍纤维复合材料拉、压、剪及断纹翦切的方向性试验结果,根据纤维复合材料的宏观强度准则进行了理论计算,理论计算值与试验值相符,文中的试验数据与计算公式可供复合材料产品设计时用。     

复合材料圆管弯曲强度研究

对两组不同支距(100,200,300,400,500mm),在管芯加与不加塞子情况下的纤维增强复合材料圆管进行了弯曲试验。结果显示加与不加塞子,对圆管的弯曲强度的试验结果影响很大。对于所测试的玻璃纤维增强复合材料圆管,管芯不加塞子情况下的纤维增强复合材料圆管的弯曲强度约为加塞时的42%～60%,试验结果离散性较加塞时高出2%～4%。为探索一种合理的复合材料圆管弯曲性能的评价方法,本文对此现象进行了分析,建立了复合材料圆管弯曲强度模型,并采用修正的Hill平面应力准则给出了加与不加塞子情况下两者弯曲强度之间的关系。理论计算结果与测试值符合得很好,表明可以采用管芯加塞弯曲实验方法,再利用本文所建立的关系获得复合材料圆管较真实的弯曲强度。     

复合材料LaRC05强度准则在Abaqus中的应用

在众多复合材料宏观强度准则中,LaRC准则从复合材料失效机制出发,建立多个应力与强度的关系式来描述材料不同损伤模式的失效行为,其中LaRC03版本采用了平面应力假设,而LaRC04版本则将该分析方法推广至三维应力状态,LaRC05版本则对LaRC04版本进行了简化,增强了该准则的实用性。本文介绍了LaRC05强度准则及其在Abaqus有限元分析中的应用,并举例说明。     

玻纤复合材料多尺度本构建模及其应用研究

本构模型对复合材料结构设计及分析具有十分重要的作用,在本构模型中应用最广泛的强度准则之一就是蔡-吴(Tsai-Wu)准则。在蔡-吴准则中,交叉项参数需要通过双轴试验确定。工程中常以经验值代替交叉项参数,但是这会影响本构模型的精度。本研究基于玻纤增强复合材料,建立了材料多尺度模型,通过仿真研究材料在双轴加载下的力学性能,确定蔡吴准则中的交叉项参数。在此基础上,建立了玻纤复合材料多尺度本构模型,通过三点弯曲仿真和试验验证本构模型精度,结果表明计算误差小于5%。最后,将建立的本构模型应用于某款车型的玻纤复合材料板簧的设计和分析中,结果满足设计要求。     

复合材料吸能圆管轴向准静态压缩失效机理研究

提出了一种复合材料吸能圆管轴向准静态压缩的仿真方法,用于分析该吸能圆管在准静态压缩过程中的失效机理。同时采用壳单元在ABAQUS中建立了一个复合材料吸能圆管准静态压缩仿真模型,该模型采用Hashin准则来判断材料是否达到失效状态,当达到失效极限时,对网格进行删除以模拟管壁的断裂过程,并根据对应实验建立了压头模型和底座模型以确定仿真的加载和边界条件。最后利用ABAQUS/explicit求解器计算得到该模型的最终仿真结果。结果表明,最大载荷与平均载荷的仿真结果相对于实验结果均具有较小的误差。     

基于桥联模型参数反演的复合材料力学性能预测

复合材料的性能参数是结构设计计算的关键。在实际工程中厂商提供的数据资料往往不全,直接影响结构分析设计的精度。因此,本文基于桥联模型提出了在有部分单向复合材料和纤维或基体数据的前提下,反演计算其余关键参数的方法。并进一步将该方法应用于T700/Epoxy单向复合材料偏轴拉伸强度的预测中,与实验结果进行了对比分析。研究表明所研究的方法可以利用有限信息反演计算出结构计算所需要的材料性能数据,在T700/Epoxy单向板的预测中,10°、15°、60°、75°、90°理论与实验误差在10%以内,预测精度较高。本文提出的方法有助于提高复合材料结构的设计效率,减少实验成本。     

对提高树脂基复合材料某些力学性能的探讨

提要本文对复合材料破坏机理作了分析,得知若要防止复合材料低应力开裂,提高复合材料的强度,必须寻求在外力作用下基体材料体积增量最小的途径;寻求增加基体材料延伸率以及基体材料与增强材料最佳匹配关系的途径,为此,本文介绍了所做的相应实验,并给出了实验结果和提高某些复合材料力学性能的几点建议。     

复合材料加筋层合板准静态压痕实验研究及数值分析

利用ABAQUS有限元程序所建立了一种基于用户子程序USDFLD和Hashin强度准则的复合材料损伤计算模型,用该模型对复合材料加筋层合板在静压痕力作用下主要发生的纤维拉伸破坏、纤维微屈破坏、基体拉伸破坏、基体压缩破坏、层间拉伸破坏、层间压缩破坏这几种基本损伤模式进行分析。对复合材料加筋层合板在静压痕力作用下进行损伤全过程数值研究,利用该有限元模型预测复合材料层合板静压痕力作用下的荷载-位移曲线以及凹坑深度与静压痕力的关系曲线。数值仿真与实验结果吻合较好,表明该损伤模型方法的可行性。复合材料层合板加筋后拐点处的凹坑深度明显加大,达到0.84mm。通过对加筋板的刚度和强度失效规律的分析,为进一步的复合材料格栅加筋结构(如飞机结构中复合材料后压力框)的性能分析提供参考。     

考虑破损安全的民机复合材料典型连接区结构优化设计方法研究

针对民用飞机复合材料典型连接区结构,根据适航条款的有关要求,对于失效后能够引起灾难性事故的结构必须依据适航要求开展损伤容限分析评估,其中破损安全性能分析是损伤容限分析评估的重要组成部分。典型复材重要连接区,需定义为破损安全-多传力路径结构,对于破损安全设计要求,考虑一个结构单元由于任何原因失效,其剩余结构必须能够在一定时间段内承受限制载荷直到损伤/破坏在规定的维修计划(间隔)中被发现。对于多传力路径要求,在一条传力路径失效后,载荷能够通过剩余传力路径进行重新分配。本文首先在优化初始构型的基础上,详细定义了民用飞机复材典型连接区域的破损安全失效模式和分析场景。围绕初始优化构型,基于破损安全分析范畴定义,建立了破损安全强度分析方法,并开展了相关破损安全强度计算,识别出初始优化构型安全裕度薄弱的位置并进行补强。所提方法有助于暴露初始强度设计的薄弱位置,并有效提高复材典型连接区结构的破损安全性能。     

复合材料层合板静压痕试验及全过程数值分析

复合材料层合板在静压痕力作用下主要发生层间分层、基体开裂、基体压缩破坏、纤维断裂和纤维压坏这几种损伤模式。本文利用ABAQUS有限元程序,对在静压痕力作用下的复合材料层合板建立一个基于Hashin强度准则的全过程模型,并对各层各单元进行损伤演判。利用有限元模型对碳纤维NCF材料层合板在静压痕力作用下的荷载-位移曲线进行预测,并模拟层合板的损伤全过程,以及预测凹坑深度与静压痕力的关系曲线。对层合板进行静压痕试验,测试复合材料层合板在静压痕力作用下的荷载-位移曲线,并在试验过程中用凹坑深度仪测量层合板的凹坑深度。将数值模拟与试验结果比较,两者结果较为吻合。     

复合材料层合板强度界限

本文提出了复合材料层合板强度上下限的概念，给出了层合板强度上下限的计算方法，并以复合材料单向板的强度准则的为基础，对一些特殊铺层的层合板在几种受力状态下的强度限进行了讨论。     

全复合材料车用天然气气瓶使用寿命的计算与分析

本文在系统地研究了一些使用因素对某型车用天然气气瓶强度影响的基础上,利用损伤理论进行了全复合材料车用天然气气瓶使用寿命的计算与分析.首先系统地阐述了基于疲劳损伤理论的气瓶寿命的计算方法;再根据车用全复合材料天然气气瓶在使用过程中的一些因素对气瓶强度的影响进行了探讨;最后在某型车用气瓶强度分析的基础上依据损伤理论以及计算方法给出了该型气瓶的使用寿命情况,同时也系统地分析了一些使用因素对气瓶寿命的影响.该计算方法与分析过程可以为车用天然气气瓶的安全使用以及检测提供理论基础和依据.