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.     

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.     

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。     

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.     

面内二维零膨胀混杂复合材料层合板设计

为使FRP结构在太空交变温度场下的热稳定性能要求,研究了面内二维零热膨胀混杂复合材料层合板设计理论.采用细观力学方法和经典层合板理论,分析层合板的纤维含量、混杂比及其铺层角等对层合板热膨胀系数的影响规律.建立了层内混杂复合材料层合板面内二维热膨胀系数设计理论.理论分析和实验结果表明,合理设计复合材料层合板的纤维含量、混杂比及其铺层,可以实现面内二维零膨胀.     

混杂方式对CF/GF/环氧混杂复合材料低速冲击性能的影响

针对复合材料抗低速冲击性能较差的不足,利用通用有限元软件ABAQUS建立了5种不同形式的混杂复合材料。利用基于刚度衰减的VUMAT子程序,对不同形式的混杂层合板进行了低速冲击仿真实验。结果表明:与纯碳纤维增强环氧树脂复合材料相比,玻璃纤维的添加可以提高材料的韧性,从而增加层合板的抗冲击性能;不同混杂方式的复合材料在承受冲击载荷时,吸收的能量不同,玻璃纤维靠近层合板表面铺设时吸收的能量最多,当玻璃纤维的布置靠近层合板上下表面时,材料的抗冲击性能提升最为明显。     

复合材料在板锥网壳结构中的应用

板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。采用经典板壳理论，推导出正交叉对称层合板的单元刚度矩阵，对采用复合材料层合板的板锥网壳结构受力性能进行了分析。分析表明，板锥网壳结构采用复合材料新型板材具有更大的优越性。     

考虑混合不确定性的复合层合板基频优化设计

复合材料层合板中存在大量使用概率或者区间不确定性描述的结构与材料参数,这些不确定性的非线性叠加效应会使得复合材料层合板的基频也存在不确定性,成为影响复合结构性能的关键因素之一.因此,提出考虑混合不确定性的复合材料层合板基频优化设计方法,实现基频最大的层合板厚度和铺层顺序的同步优化.首先,建立了考虑概率与区间不确定性的层...     

复合材料层合板低速冲击及其剩余压缩强度

为了研究冲击能量对层合结构冲击性能及吸能特性的影响规律,本文主要采用不同冲击能量作用下的复合材料层合板低速冲击性能及其剩余压缩强度的研究方法.通过低速冲击实验,研究了冲击能量对复合材料层合板的损伤影响.通过准静态压缩试验,较好地分析冲击能量对试件的压缩剩余强度的影响.     

含孔隙碳纤维/环氧树脂层合板力学性能模拟

为了探究孔隙率对织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板拉伸强度和压缩强度的影响规律,分别测量了孔隙率为0.33%、0.71%及1.50%的复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度并进行有限元模拟.试验结果表明:随着孔隙率的增加,复合材料层合板的拉伸强度和压缩强度均呈下降趋势.建立了适用于织物纤维增强复合材料的静态力学强度的失效准则,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,使用ABAQUS软件建立有限元模型,对不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度进行了较为准确的预测.     

钢管混凝土拱极限承载力分析的共旋坐标法

为提高钢管混凝土拱极限承载力分析的精度和效率,基于共旋坐标法建立了考虑材料和几何非线性的钢管混凝土拱数值分析模型．首先基于共旋坐标系下应变和消除刚体位移后的变形为线性关系,利用虚功原理无须迭代就可直接计算出该坐标系下完全粘结钢管混凝土梁单元考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再通过结构坐标系与共旋坐标系下节点力之间及节点位移之间的总量关系及微分导出的增量关系,最终获得其在结构坐标系中考虑几何与材料双非线性的切线刚度矩阵,不平衡力完全是基于全量来计算.算例结果表明,该算法具有减少计算量、不累积误差和精度高等优点．     

采用有限质点法的薄壳动力非线性行为分析

基于有限质点法原理和K-L经典薄壳理论,构造具有大位移大转动分析能力的薄壳离散质点模型,推导表述基本控制方程与公式. 对于质点位移以及壳元的变形和内力,均按照面内拉压和面外弯扭两部分进行拆分与叠加,并通过物理方式的虚拟运动依次分离出与薄膜刚度和弯曲刚度相关的纯变形,进而在局部变形坐标系下求解面外变形相对应的质点内力和内力矩,建立质点切平面外转角的变步长显式时间积分式,并对质点质量、时间步长、阻尼等关键参数取值给出建议. 在此基础上引入材料非线性应力修正算法,实现对薄壳弹塑性大应变动力非线性行为的模拟,并通过典型算例验证方法及程序的有效性和正确性.     

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.     

块——壳罚单元及其在工程中的应用

本推导了正交曲线坐标下的壳单元与直角坐标下的三维块体单元之间的罚单元，成功地解决了不同坐标系和不同结点自由度的组合结构有限元分析问题：     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析。采用三维退化曲壳元离散板壳结构，在TL列式下了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵，提出采用罚单元法处理结构加载边的位移的约束条件。应用所编制的程序，进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析。对比分析表明了方法的可靠性和有效性。     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析.采用三维退化曲壳元离散板壳结构,在 TL 列式下推导了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵,提出采用罚单元法处理结构加载边的位移约束条件.应用所编制的程序,进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析.对比分析表明了方法的可靠性和有效性.     

Design Optimization of CFRP Stacking Sequence Using a Multi-Island Genetic Algorithms Under Low-velocity Impact Loads

A method to improve the low-velocity impact performance of composite laminate is proposed, and a multi-island genetic algorithm is used for the optimization of composite laminate stacking sequence under low-velocity impact loads based on a 2D dynamic impact finite element analysis. Low-velocity impact tests and compression-after impact(CAI) tests have been conducted to verify the effectiveness of optimization method. Experimental results show that the impact damage areas of the optimized laminate have been reduced by 42.1% compared to the baseline specimen, and the residual compression strength has been increased by 10.79%, from baseline specimen 156.97 MPa to optimized 173.91 MPa. The tests result shows that optimization method can effectively enhance the impact performances of the laminate.     

A hybrid-stress solid-shell element for non-linear analysis of piezoelectric structures

This paper presents eight-node solid-shell elements for geometric non-linear analyze of piezoelectric structures. To subdue shear, trapezoidal and thickness locking, the assumed natural strain method and an ad hoc modified generalized laminate stiffness matrix are employed. With the generalized stresses arising from the modified generalized laminate stiffness matrix assumed to be independent from the ones obtained from the displacement, an extended Hellinger-Reissner functional can be derived. By choosing the assumed generalized stresses similar to the assumed stresses of a previous solid element, a hybrid-stress solid-shell element is formulated. The presented finite shell element is able to model arbitrary curved shell structures. Non-linear numerical examples demonstrate the ability of the proposed model to analyze nonlinear piezoelectric devices. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10672111) and the Major Project of the Natural Science Foundation of Jiangsu Province (Grant No. BK2006725)     

大直径焊接空心球节点足尺试验研究

通过对某体育中心屋盖拱形桁架支座的焊接空心球节点的足尺模型试验,获得了该节点的应力应变分布情况和极限承载力.为了探讨理论设计方法,采用AN SY S有限元分析软件,采用she ll143壳单元建模,同时考虑几何和材料双重非线性进行有限元分析.结合试验结果和有限元分析结果,验证有限元模型和分析方法的合理性,并对球节点的受力性能和承载力进行评价,同时为复杂节点设计提供参考.     

碳纤维加固开洞砖墙试验分析

对开洞口砖墙试件往复加载的试验结果进行了有限元分析,分别用混凝土单元和多层壳单元模拟砌体、粘结胶和碳纤维布.分析表明有限元模型能较好地揭示碳纤维加固墙体往复荷载作用下的力学性能,其中混凝土单元能较好地反映砌体应力分布、裂缝分布及材料压碎状况,多层壳单元能有效模拟碳纤维布及粘结胶的层理构造、交叉重叠,并能直观描绘各层材料的应力分布状况,对试验研究及工程实践均有重要意义.