一种损伤演化方程的建立和几种层裂准则的推导

通过唯象分析和细观统计相结合的方法建立了一种韧性材料的损伤演化方程，从物理上对方程中的参数进行了合理的解释，并以此为依据推导了材料的便于工程应用的几种层裂准则，根据准则总结了一些有意义的层裂规律；通过层裂实验和数值模拟相结合的方法来确定材料参数，计算结果与实验结果较好的一致性验证了所建的损伤演化方程和推导的层裂准则是合理的，决定材料参数的方法是有效的。     

陶瓷/纤维复合装甲抗弹丸侵彻性能的试验与数值模拟研究

本工作研究了由碳化硼(B4C)/碳纤维(CF)/超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)组成的复合装甲对抗7.62 mm穿甲燃烧弹的抗侵彻性能.通过实验和数值模拟,系统地研究了陶瓷复合装甲各层对弹丸的作用机理.首先将模拟与实验结果进行比较,验证了模拟方法的可靠性.在此基础上,开展了陶瓷复合装甲的陶瓷面板的材料/厚度数值模拟研究,分别采用氧化铝(Al2 O3)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B4 C)作为陶瓷面板,研究了不同厚度陶瓷板的吸能效率,结果表明,以B4 C陶瓷作为面板,当其厚度为10 mm时所得复合装甲的防弹性能最佳.     

动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究

结合试验对钨合金长杆弹垂直侵彻多层陶瓷靶板进行了三维数值模拟,得出了侵彻的物理图像及各种参量的变化规律.模拟结果中,后置钢靶剩余穿深和陶瓷破碎锥形状与试验基本一致.对于多层陶瓷靶板,每一层都会有漏斗形的破碎锥出现,且这些破碎锥的形状基本一致.随着陶瓷层数的增多,弹体的速度和动能下降速率逐渐变小.比较了相同厚度的多层和单层陶瓷靶板的抗弹性能,结果表明两者的陶瓷破坏形式不同,多层靶板的抗弹性能要优于相同厚度的单层陶瓷靶板,且仅在一定厚度范围内这种优势才较为明显.     

ECAP形变对高纯铝微结构及冲击层裂损伤的影响

在高应变率冲击载荷下,金属材料的主要失效方式之一是层裂损伤。为探讨微结构对层裂损伤的影响,本文利用等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)技术制备了不同微结构的高纯铝,并对改性后的高纯铝进行平板撞击实验,通过电子背散射衍射表征加载后样品的孔洞分布和晶界取向差。研究发现:高纯铝在ECAP挤压变形过程中发生动态再结晶和动态回复,导致采用ECAP技术无法获得超细晶高纯铝;降低挤压温度可抑制动态再结晶,并得到尺寸相对较小的晶粒(约50 μm)。平板撞击实验结果表明,晶粒尺寸对弹性极限、层裂强度等宏观力学性能影响较小。回收样品分析表明,大晶粒样品中孔洞尺寸大而数量少,小晶粒样品中孔洞尺寸小,但数量多。孔洞在晶界(沿晶孔洞)及晶界附近(晶内孔洞)均可成核。晶内孔洞比沿晶孔洞数量多但尺寸小。大角度晶界比小角度晶界更容易导致沿晶孔洞成核,而晶内孔洞倾向于在45°～55°晶界附近成核。     

一种新的船用高强度钢厚板止裂性能评价技术的提出与研究

<正>集装箱运输船的日益大型化和超大型化要求在建造过程中使用高强度厚板以保证船体结构的强度和刚度,但同时高强度厚板较低的抗开裂性能会导致结构的低应力脆性断裂倾向增大,为结构的安     

复合界面层对SiCf/SiC复合材料力学损伤行为的影响

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景,其界面层设计是研究重点。研究表明,复合界面层可以有效提升陶瓷基复合材料的抗氧化性能,但其对材料力学性能及损伤机制的影响尚不明确。本研究利用化学气相渗透法(CVI)制备得到具有BN及(BN/SiC)₃复合界面层的小复合材料,探究了复合界面层对SiC_f/SiC复合材料失效机制的影响。基于两种力学加载实验结合声发射探测分析了两种界面层小复合材料的损伤过程。实验结果表明,利用CVI制备的小复合材料界面结构清晰,基体致密。两类小复合材料均具有SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的典型力–位移曲线,不同界面层小复合材料损伤过程具有不同的力声特征。通过两类力学加载试验的声发射特征能够有效分析小复合材料各阶段损伤发展情况。本实验中BN及(BN/SiC)₃复合界面层SiC_f/SiC小复合材料最大承受载荷分别为139和160 N,复合界面层小复合材料中的多层界面具有更强的偏转裂纹能力,降低裂纹延伸至纤维的速度,进而提高...     

近距爆炸作用下叠层复合夹芯板局部层裂破坏的理论研究

运用一维波动理论研究复合夹芯板中波的传播与局部层裂破坏,考虑应力波在夹芯板各层之间的反射和透射,得到了各层介质中压力时程的理论计算公式,建立了一维平面波荷载在夹芯板中传播的理论计算方法。基于动量定律和第一强度理论,得到了夹芯板运动与破坏特征的理论计算公式。理论计算结果与试验结果的比较分析证明了理论计算方法的正确性。夹芯板对爆炸荷载防护特性的分析表明,虽然第一层钢板和夹芯层可以显著降低爆炸冲击波的峰值,但第二层钢板才是抵御爆炸冲击波的主要部位,而复合夹芯层的剥落破坏也需重点关注。     

z-pin增韧复合材料层合板低速冲击损伤过程研究

从z-pin增韧复合材料层合板低速冲击实验出发,考虑了复合材料层合板在受低速冲击时的分层及基体开裂等四种损伤形式,引入适当的损伤判据,对T300/3234碳纤维树脂基复合材料层合板的低速冲击损伤过程进行有限元模拟。结果表明,采用碳纤维钉z-pin增韧使得冲击后层间分层区域面积减小50%左右,有限元结果与实验数据吻合。     

一种改进的内聚力损伤模型在复合材料层合板低速冲击损伤模拟中的应用

针对传统内聚力损伤模型(CZM)无法考虑层内裂纹对界面分层影响的缺点,提出了一种改进的适用于复合材料层合板低速冲击损伤模拟的CZM。通过对界面单元内聚力本构模型中的损伤起始准则进行修正,考虑了界面层相邻铺层内基体、纤维的损伤状态及应力分布对层间强度和分层扩展的影响。基于ABAQUS用户子程序VUMAT,结合本文模型及层合板失效判据,建立了模拟复合材料层合板在低速冲击作用下的渐进损伤过程的有限元模型,计算了不同铺层角度和材料属性的层合板在低速冲击作用下的损伤状态。通过数值模拟与试验结果的对比,验证了本文方法的精度及合理性。     

陶瓷复合装甲粘结层效应和抗多发打击性能的数值模拟研究

粘结层性能对陶瓷复合装甲抗多发打击性能有重要影响。建立了研究粘结层和多发打击的数值模拟方法,解决了传统方法不能模拟“脱粘”和多发打击的问题。基于文献弹道试验,研究了环氧树脂和聚氨酯两种粘结层材料及其厚度对陶瓷/铝合金复合装甲抗7.62mm 穿甲弹单发和两发打击性能的影响。结果表明:单发打击的数值模拟可不建粘结层,而多发打击应采用建粘结层的方法;抗单发打击时,粘结层越薄,极限速度越大;抗多发打击时,陶瓷复合装甲应采用聚氨酯粘结层,且其抗两发打击的较优厚度约为0.40mm。     

陶瓷-金属复合材料在防弹领域的应用研究

陶瓷-金属复合材料具备高硬度、高强度、高韧性以及低密度的优点,已被广泛应用于防弹领域.介绍了几种陶瓷-金属复合装甲形式及其相应特点,重点论述了陶瓷-金属功能梯度装甲的研究进展,并对其前景和当前的工作重点进行了讨论.     

Mg/Al波纹复合板抗冲击性能研究

目的 比对波纹轧制结构和平面复合结构的Mg/Al复合板抗冲击性能与吸能机制.方法 采用波纹辊轧制工艺制备Mg/Al复合板,使用半球形铝合金弹丸对传统平面复合板与波纹复合板进行不同速度下的冲击试验研究,并对比分析2种复合板的损伤机理,探明波纹结构对复合板抗冲击性能的影响.结果 Mg/Al平面复合板抗半球形弹丸冲击的吸能机制主要是通过靶板的塑性变形、剪切破坏、拉伸断裂、分层破坏和弹丸与靶板间摩擦等形式来吸收能量.波纹复合板对冲击能量的吸收主要依赖靶板的局部塑性变形、沿着波纹方向的开裂、结合界面的分层以及弹丸与靶板间的摩擦耗能.结论 当冲击速度低于弹道极限速度时,波纹复合板的抗冲击性能优于平面复合板,高于弹道极限速度时,2种复合板的抗冲击性能和耗能程度相当.     

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。     

复合材料层合板自由振动的薄板样条无网格解

无网格全局配点法分为多项式配点法和径向基函数配点法,国内外很多文献利用径向基函数配点法对复合材料层合板进行了分析。利用一阶剪切变形理论和基于薄板样条径向基函数的无网格配点法计算了复合材料层合板自由振动的固有频率和振型。研究了薄板样条径向基函数中形状参数的选取和本工作方法的收敛性。结果表明:形状参数m=3时收敛性最好,计算精度最高。将本工作计算结果与文献中的实验结果进行了对比,验证了本文方法的精度和效率。     

利用SMA的SME特性改善复合材料板低速冲击响应性能的研究

本文将具有一定塑性应变的形状记忆合金(SMA)纤维埋设在复合材料板中，利用其形状记忆功能(SME)改善复合材料板的低速冲击响应性能。研究中，应用有限元法对SMA杂交复合材料板的低速冲击响应进行了分析，其中，SMA中产生的恢复应力通过实验得出的应力-温度关系确定，冲击接触力通过修正的Hertzian接触定律求得；研究结果表明具有形状记忆功能的SMA能有效地改善复合材料的低速冲击响应性能。     

复合板基层厚度对激光焊接头腐蚀性能的影响

目的通过探索基层金属厚度对复合板激光穿透焊接的影响规律,分析其影响度与焊接速度、激光功率的差别,为双金属复合材料激光穿透焊接提供更多的技术支撑。方法以焊接速度、激光功率和基层金属厚度为变量,设计了三因素三水平的正交实验,对X65/DSS2205层状双金属复合材料进行激光穿透焊接实验,对不同焊接条件下接头的显微组织进行观察分析,采用EDS面扫方法对焊缝复层区进行成分扫描,测量接头复层侧动电位极化曲线,并比较了基层金属厚度的影响度较焊接速度与激光功率的大小。结果双金属复合板激光穿透焊接接头显微组织在厚度方向存在明显的分层;基层金属厚度为1.2 mm时,复层贵金属元素保留量最大;随着基层金属厚度的减小,接头综合耐腐蚀性能提高;基层金属厚度对接头耐腐蚀性能的影响小于焊接速度和激光功率2个变量;焊接速度为2.5 m/min,激光功率为3500 W,基层金属厚度为0.8 mm时,接头耐腐蚀性能最优。结论基层金属厚度对于复合板激光穿透焊接接头的焊缝复层元素含量、以及接头复层一侧耐腐蚀性能都有较为明显的影响,但相比于焊接速度与激光功率,其影响度相对较小,因此在进行复合板激光穿透焊接时,在选定基层金属厚度后,仍要对焊接速度和激光功率进行优化工艺设计。     

Prediction of Impact-Induced Fibre Damage in Circular Composite Plates

A simple analytical impact damage model for preliminary design analysis is developed on the basis of experimental findings observed from quasi-static lateral load and low velocity impact tests. The analytical model uses a non-linear approximation method (Rayleigh–Ritz) and the large deflection plate theory to predict the number of failed plies and damage area in a quasi-isotropic composite circular plate (axisymmetric problem) due to a point load at its centre. It is assumed that the deformation due to a static transverse load is similar to that occurred in a low velocity impact. It is found that the model, despite its simplicity, is in good agreement with finite element (FE) predictions and experimental data for the deflection of the composite plate and gives a good estimate of the number of failed plies due to fibre breakage. The predicted damage zone could be used with a fracture model developed by the second investigator to estimate the compression after impact strength of such laminates. This approach could save significant running time when compared to FE numerical solutions. Corresponding author.     

基于声发射及有限元单胞体模型的复合材料拉伸损伤分析

首先对复合材料单向板进行拉伸损伤实验,采用声发射监测其损伤的分布规律和发展过程,然后采用逐步线性加载的方式对三维有限元单胞模型进行应力场数值模拟,通过对应力场分布的分析获取复合材料的损伤机理,并进一步验证声发射监测的准确性.研究结果表明,通过综合运用声发射损伤监测技术与单胞模型有限元应力场数值模拟,分析复合材料拉伸损伤过程的方法是可行的.     

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。     

SHS-离心法制备陶瓷复合管道热应力的有限元分析

模拟分析了SHS-离心法制备陶瓷复合管道在冷却凝固过程中的温度分布和变化,从而为工艺参数的选择和管道界面结构分析提供了基础.利用ANSYS软件的瞬态热分析功能和热-结构耦合功能,数值上模拟复合管道的残余热应力,分析SHS层厚度对陶瓷复合管道性能的影响.数值分析结果表明,合理调整SHS层的厚度,可使界面残余热应力变小,从而提高陶瓷复合管道的安全可靠性.