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.     

GLARE层合板抗低速冲击性能分析与数值模拟

采用不同冲击能量对玻璃纤维增强铝合金层合板(GLARE层合板)进行落锤低速冲击试验,得到了冲击载荷、位移和能量与时间的关系曲线。在不同冲击能量下,对层合板的冲击响应以及冲击过程中的损伤演化进行了分析。结果表明,不同冲击能量下基体压缩损伤面积随着冲击能量的增大而增大,而冲击能量相同时,受冲击面方向的第一、二层基体拉伸损伤面积远大于第三、四层,玻璃纤维/环氧树脂预浸料的铺层顺序以及方向是影响层合板抗冲击性能的主要因素。基于ABAQUS建立了GLARE层合板的低速冲击有限元分析模型,数值模拟结果说明:在低能量冲击时采用延性损伤准则作为铝合金材料的损伤判据是合理的。     

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.     

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.     

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.     

采用流固耦合方法的复合材料层合板鸟撞分析

基于流固耦合的方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件构建了复合材料层合板鸟撞损伤模型,通过分析层合板鸟撞后的动响应验证了鸟撞过程的4个阶段,探讨了鸟撞过程中冲击波在层合板中的传递情况;分析了层合板在鸟撞时先后出现的基体压缩、基体开裂以及纤维断裂这一损伤过程;研究了铺层方式对鸟撞后鸟体的剩余能的影响.结果表明:合理的设计铺层方式可以有效提升层合板抗撞能力.     

复合材料层合板低速冲击渐进损伤模型

建立了一种针对低速冲击下碳纤维增强复合材料层合板动态力学响应和损伤扩展的渐进损伤模型。该模型应用Hashin和Hou失效准则来预测层内损伤(纤维和基体损伤)的萌生;结合等效位移法的线性退化方案来模拟损伤的发展;采用双线性牵引力-分离法则的内聚区模型来预测层间分层损伤。编写了相应的用户材料子程序VUMAT,并在有限元软件ABAQUS中完成了25 J能量下复合材料层合板低速冲击的数值仿真分析。通过有限元模型预测得到的接触力-时间曲线、接触力-中心位移曲线、层间分层的损伤分布均与试验结果较好吻合,验证了该模型的有效性。根据仿真结果,分析了纤维和基体的损伤情况,讨论了分层损伤的扩展规律。     

FRP/金属混杂层合板低速冲击损伤数值分析

在三维动态有限元分析的基础上，对层合板的低速冲击损伤进行数值模拟，研究其在受载过程中的应力状态，并用Chang-Chang面内失效准则和分层判据进行损伤分析．对损伤的单元进行相应的刚度退化和分层形状、面积的模拟计算．通过具体算例以及与文献中的结果相比较．验证了模型的可靠性和方法的有效性，并对比了纤维增强金属层合板（FRMLs）与传统纤维增强复合材料层合板（FRP）的冲击损伤面积．说明FRMLs具有较好的抗冲击性能。     

玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料板材的耐冲击性能研究

采用真空辅助树脂注塑(vacuum assisted resin infusion,VARI)成型工艺,按4种不同铺层方式制备玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料层合板,研究了其铺层方式对试样冲击性能的影响.结果表明:0°/190°/0°/90°铺层试样的耐冲击性能优于其他3种铺层方式.     

低速冲击时冲击角度和摩擦对玻纤增强铝板性能的影响

为了研究在不同冲击角度和接触摩擦力受低速冲击载荷下玻璃纤维铝合金层合板破坏情况,本文结合VUMAT用户自定义子程序、Johnson-Cook损伤模型和基于表面接触行为的内聚力行为方法,建立了玻璃纤维增强铝合金层板(GLARE)低速冲击有限元模型。通过实验对比材料受低速冲击响应和材料损伤状况。结果表明:冲击角较小时材料损伤较小;减小摩擦系数能够减小材料冲击损伤,且减小幅度随着冲击角减小而增大;冲击角度和摩擦对材料冲击性能影响规律可以为类似结构设计提供参考。     

基于自适应遗传算法的复合材料层合板铺层顺序优化设计

分析了杂交概率和突变概率对遗传算法收敛性的影响,提出了一种自适应遗传算法,并利用该方法研究了复合材料层合板的铺层顺序优化设计问题。算例结果表明,提出的复合材料层合板铺层顺序优化设计方法能够明显的提高计算效率。     

含分层复合材料层合板的高阶有限元分析方法

本文以勒让德多项式逼近位移场沿板厚度方向的变化规律，考虑了含分层损伤复合材料层合板分层区域的横向剪应力分布，对层合板分层区域的刚度进行了修正，并在此基础上建立了分层损伤复合材料层合板的高阶有限元模型，编制了相应的计算程序，分析了分层损伤对复合材料层合板合板弯曲变形和应力的影响。     

复合材料层合板低速冲击后剩余压缩强度研究

应用有限元显式算法计算层合板冲击后压缩强度(CAI值)。建立实体单元与cohesive界面单元相结合的层合板有限元分析模型。首先进行层合板受离面低速冲击中损伤过程的数值模拟,再以该步分析结果(损伤状态)作为初始损伤,进行面内压缩下层合板破坏过程数值模拟。从而实现了层合板从冲击损伤到冲击后压缩破坏的全过程分析。模型应用面内和层间损伤逐渐累积的算法。通过不同加载速率下的分析,考察了显式算法在准静态CAI计算中的可用性。冲击损伤特征、冲击后压缩破坏特征及CAI的计算值与试验结果有良好的一致性,表明文中所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。     

层状化增韧层合复合材料低速冲击有限元分析

针对低速冲击作用下的层合复合材料,建立了冲击的二维有限元模型.为了提高层合复合材料的抗冲击损伤性能,采用层状化增韧方法,并利用国际通用显式动力分析程序ANSYS/LS-DYNA,对层状化增韧后的层合复合材料在冲击载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟,确定了增韧方案,为增韧结构设计和选择性增韧提供了理论依据.     

Kevlar织物增强复合材料层合板冲击损伤特性研究

采用空气炮实验装置，渗透剂增强的X射线照相法和高强光背射法，对中心受到横向冲击的Kevlar/环氧层合板的冲击损伤情况进行了研究，借助于有限元程序对层合板的应力状况进行分析，计算，讨论了冲击速度，铺层角，弹丸质量变化时材料的破坏机理与特征，其研究的结果对抗弹复合材料的设计与合理使用具有指导意义。     

玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板低冲击能量与凹坑面积关系探究

为探究不同铺层层合板低冲击能量与表面损伤的关系,对2种铺层方式、不同厚度的玻纤/环氧复合层合板进行了低能量冲击试验.采用超景深三维显微镜基恩士VHX-2000C观测层合板遭受冲击区域的板表面损伤形貌特征,根据板表面的损伤情况,探究冲击能量大小与损伤面积的量化关系.引入因子K,绘制2种铺层层合板在各冲击能量下K与凹坑面积的关系曲线,并给出冲击能量值的计算公式.通过实验验证,给出的关系曲线对判断初始冲击能量值具有较高的精确性.由于表面冲击损伤易于观测,因此,建立冲击能量与冲击凹痕之间的联系,更具有理论意义和工程指导意义,结合沈真的冲击能量门槛值研究,针对复合材料层合板的失效判断也具有参考价值,是损伤判断的一项新的研究途径.     

含孔二维机织复合材料层合板强度预测方法研究

将基于单层板理论的逐渐累积损伤强度预测方法推广用于含孔二维机织复合材料层合板的强度预测,建立了含孔二维机织复合材料层合板的逐渐累积损伤强度预测方法.并在ANSYS软件平台上开发了相应的参数化二维机织复合材料含孔层合板逐渐累积损伤强度预测程序,对两种孔径两种铺层的含孔二维机织复合材料层合板的强度进行预测,并对其损伤扩展规律进行了分析.经与试验结果对比表明本文所建立的强度预测方法效果良好.     

风力发电机叶片根部的有限元建模研究

研究了建立复杂层合结构有限元模型的方法.考虑到复合材料叶片根部结构具有重复铺层的特点,用子层刚度方法计算了其等效材料性能;采用ANSYS有限元软件按单一材料建立了根部的有限元模型,并讨论了载荷对边界条件和螺母-孔接触状态的影响.计算的[0°/±45°]三向层合板等效模量E1与实验值吻合良好;分别按等效模型和层合单元模型进行数值模拟所得到的位移误差很小,表明该方法具有较高的精度.所建立的模型可用于根部结构的受力分析.