T700/3234碳纤维层合板的拉伸疲劳特性分析

通过对T700/3234碳纤维复合材料层合板进行静力拉伸试验和拉-拉疲劳试验,得到层合板的拉伸性能、疲劳寿命和刚度衰减规律,然后采用数值分析方法对层合板的拉伸强度进行预测,并对碳纤维层合板的疲劳S-N曲线以及疲劳刚度衰减进行了研究。结果表明:采用逐渐累积损伤的数值方法所得到的拉伸强度与试验结果较为吻合,根据疲劳理论拟合得到的S-N曲线和刚度衰减曲线很好地描述了材料的疲劳性能,为研究T700碳纤维层合板的疲劳损伤演化提供了重要参考。     

复合材料层合板冲击后疲劳寿命试验研究与数值模拟

通过对复合材料典型层合板进行落锤冲击试验引入冲击损伤,并对冲击后的复合材料层合板进行不同载荷水平的压-压疲劳试验,得到了不同疲劳载荷作用下层合板损伤扩展规律及疲劳寿命。建立了冲击后层合板疲劳寿命有限元数值计算模型,对层合板进行冲击仿真,并利用有限元软件用户子程序编程,将冲击后计算所得损伤分布结果设置为层合板压—压疲劳寿命计算的起始状态,从而获得层合板在不同疲劳载荷水平下的损伤扩展结果及压—压疲劳寿命数值仿真结果。将试验与有限元数值计算疲劳寿命结果绘制了S-N曲线,通过对比验证了计算结果的准确性,形成一套复合材料层合板冲击后疲劳寿命预测数值计算模型。     

复合材料层合板力学性能试验研究

使用DDL300微机控制电子万能试验机,研究了复合材料层合板力学性能试验方法,得到了某无人直升机旋翼桨叶层合板试件的拉伸、压缩和纵横剪切参数。这种复合材料层合板力学性能试验、数据处理方法和试验步骤可以为其它复合材料层合板的力学性能试验提供借鉴。     

含孔复合材料层合板的疲劳寿命研究

建立了三维有限元模型,分析了复合材料层合板的应力场。使用修正Hashin失效准则判定复合材料的失效模式,并突降失效单元的材料性能。疲劳载荷引起复合材料刚度降和强度降依靠缓降模型实现。笔者将突降模型和缓降模型植入有限元模型中,模拟了复合材料层合板在拉伸和压缩疲劳载荷下的渐进损伤过程,并计算了层合板的纵向刚度损伤和疲劳寿命。层合板的纵向刚度损伤具有三阶段特点,与试验观察是一致的。层合板疲劳寿命预测值与试验值吻合地很好。     

T700/QY8911缝合复合材料层合板的拉伸与疲劳性能

对T700/QY8911缝合复合材料层合板进行了静载拉伸试验和拉-拉疲劳试验,研究了不同缝合方向[0/90]4s和[0/45/90/-45]2s铺层层合板的拉伸和疲劳性能;建立了T700/QY8911缝合复合材料层合板有限元模型并对其弹性模量进行了模拟。结果表明:缝合能明显提高复合材料层合板抵抗分层破坏的能力;缝合层合板在静拉伸载荷下呈线弹性材料的特点,当载荷达到峰值时,缝合层合板具有后续承载能力,而未缝合层合板在峰值后承载能力出现连续下滑,并发生最终破坏;缝合层合板在拉-拉载荷下的疲劳刚度衰减曲线呈三阶段函数特征;缝合层合板的纵向弹性模量的有限元计算结果与试验结果吻合较好,证实了模型的有效性。     

基于累积损伤的三维复合材料层合板疲劳寿命研究

基于渐进疲劳损伤模型,建立复合材料层合板的三维疲劳寿命预测模型,模型以单向板单轴疲劳试验数据为基础,结合正则化剩余刚度模型、正则化剩余强度模型和等寿命曲线,通过层合板三维应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代进行疲劳寿命计算,在Ansys软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,估算不同铺层参数层合板在单轴和多...     

复合材料层合板疲劳载荷下固有频率衰减预测模型

基于层合板疲劳逐渐损伤理论结合经典层合板理论的本构模型,通过在ANSYS软件平台上编写APDL参数化子程序,预测了T300/970复合材料哑铃型疲劳试件的疲劳寿命及其各寿命阶段的固有频率.模拟所得的固有频率与试验曲线具有良好的一致性,表明所建立的模型可以有效预测T300/970复合材料在不同寿命阶段的模态特性.     

不同铺层方式的复合材料层合板弯曲性能的研究

以碳纤维缠绕电动节能车车架为研究对象,采用有限元分析和力学试验对比的方式研究碳纤维铺层角及铺层层数对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。以层合板铺层角度、铺层层数为变量设置试验对比组,在ANSYS Composite Prep/Post复合材料分析模块中创建层合板的有限元模型研究层合板在承受弯曲载荷时的抗弯表现。结合弯曲试验结果,分析不同铺层方式对碳纤维复合材料层合板弯曲性能的影响。结果表明:在铺设一定数量的±45°铺层的基础上,增加0°/90°正交铺层可提高层合板的静承载强度;增加铺层层数,可提高层合板的弯曲强度。     

拉-拉疲劳载荷下复合材料迟滞回能分析研究

复合材料的疲劳失效是一个能量平衡的过程,分析了该过程中各种能量组份的特征及其相互间的关联.在对常幅拉-拉疲劳载荷下的复合材料疲劳过程研究后发现,迟滞回能的瞬态响应与循环次数和循环应变变程有关,且循环应变变程随循环次数线性增长,由此建立了拉-拉疲劳载荷下复合材料迟滞回能的计算分析模型,通过对玻璃纤维层合板的疲劳试验表明,模型计算值与试验值吻合较好.     

含分层复合材料层合板拉伸剩余强度研究

以T300/BMP316复合材料层合板为研究对象,开展了含预制分层层合板的静拉伸试验及静强度预测方法研究.通过试验获得含预制分层层合板的拉伸剩余强度.基于三维逐渐损伤分析方法,采用双层节点法模拟初始分层,建立了含分层复合材料层合板的静载逐渐损伤分析模型,静强度预测误差在5％以内.采用所建立的方法对分层处于不同层间位置的...     

复合材料层合板冲击损伤影响因素分析

应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术对复合材料层合板的低能冲击过程进行了详细分析,研究了不同材料的冲头、不同复合材料体系和不同铺层方式对复合材料层合板冲击损伤的影响规律。研究结果可为更有效地进行复合材料抗冲击结构设计提供一定的指导。     

Investigation of the effect of temperature and layup on the press forming of polyvinyl chloride-based composite laminates and fiber metal laminates

Semi-crystalline thermoplastic-based composite laminates and fiber metal laminates have a narrow forming temperature window, which limits formability of these products. The intention of this study was investigation of non-melting amorphous polyvinyl chloride as a proper matrix to increase the formability and forming temperature window of these products. For this, [45/?45] and [0/90] layups of polyvinyl chloride-based composite laminates and fiber metal laminates were produced using the film-stacking procedure and later press formed into channel sections at six temperatures in the range of 80 to 200 °C. The effects of the layups and forming temperatures on the forming loads and spring back of the formed profiles were measured, and their effects on the fiber buckling, wrinkling, and delamination of the profiles were evaluated using optical microscope images. The effects of layups and forming temperatures on the deformation mechanisms were also analyzed using the grid strain analysis method. Of the fiber metal laminates, 160 °C was found as the minimum forming temperature, and for the composite laminates, 120 and 160 °C were found as the minimum proper forming temperatures of [45/?45] and [0/90] layups, respectively. Finally, the forming temperature windows and formability of polyvinyl chloride matrix composite laminates and fiber metal laminates were found higher than semi-crystalline matrices.     

含孔复合材料层板的力学性能研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究,测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强对含孔复合材料层板的破坏强度,研究了孔边应力集中和缝合补强对强度、模量等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,通过实验结果和分析讨论,对复合材料开口缝合补强结构提出合理的设计方法。     

基于HyperWorks 的不同铺层方式复合材料剪切强度有限元分析

剪切强度和剪切韧性是反映复合材料构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标,不同铺层方式的单向玻璃纤维与短切玻璃纤维混杂增强复合材料层合板的层间剪切性能有明显差异。文中基于HyperWorks 商用有限元软件建立了精确的复合材料层合板模型,通过数值模拟分析不同铺层方式复合材料层合板的层间剪切性能。研究结果表明,铺层材料对复合材料层合板的层间剪切性能影响较大,而铺层顺序对复合材料层合板的层间剪切性能影响较小。     

不同铺层转角T700/E44 复合材料拉伸强度有限元分析

碳纤维复合材料的失效行为与复合材料内部的应力状态有关,不同铺层转角的单向碳纤维复合材料层合板的性能具有明显差异。文中利用HyperWorks 商用有限元软件建立了T700/E44 复合材料层合板拉伸模型,基于Chang-Chang 复合材料失效模型对不同铺层转角复合材料层合板的 X 向及 Y 向拉伸性能进行了数值模拟分析。研究结果表明,复合材料层合板以45° 铺层转角对称结构层合时,复合材料有着最佳的综合拉伸性能。这对高性能雷达中复合材料部件的铺层结构设计具有重要的指导意义。     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

复合材料层合板阻尼特性有限元数值模拟

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。     

Terahertz spectroscopy approach of the fiber orientation influence on CFRP composite solid laminates

Terahertz ray (T-ray) imaging applications have provided one of the most promising new powerful nondestructive evaluation techniques, and new application systems are under process development for area applications. Detecting flaws and defects in fiber reinforced plastic (FRP) composite laminates due to flaws in FRP composite laminate that affect laminate properties, including stiffness, strength, and thermal behavior, is very important. In this study, a new time-domain spectroscopy system was utilized for detecting and evaluating the flaws in FRP solid composite laminates. Extensive experimental measurements in reflection mode were made to map out T-ray images. In particular, electromagnetic properties, such as refractive index, were estimated in this characterization procedure. The estimates of properties were in good agreement with known data. Using these characteristic material properties, we successfully demonstrated the characteristics of the T-ray behavior propagating through FRP composites. Furthermore, layup effect and flaws of FRP composite laminates were observed in reflection mode, and limitations were discussed in the T-ray processing.     

Machinability of Kevlar® 49 Composite Laminates While Using Standard TiN Coated HSS Drills

This article addresses the machinability of plain weave Kevlar® 49 prepeg composite laminates of different thickness while using 135° split-point TiN coated 6 mm diameter HSS drills. The effect of composite preparation parameters and the drilling conditions on the machinability of the laminates is assessed using the drilling thrust force, cutting torque, and specific cutting energy. The thickness and processing time of the laminates as well as the drilling process parameters were found to influence the maximum value of thrust force and torque as well as the quality of drilled holes. The wear features of the drills used in machining Kevlar composites have been found to be different from the conventional wear patterns that occur during drilling metals and alloys.     

Low velocity impact and axial loading response of hybrid fibre aluminium laminates

Journal of Mechanical Science and Technology - Fibre metal laminates (FMLs) are layered materials based on stacking arrangements of metals and fibre reinforced plastic (FRP) composite laminates....