纤维增强复合材料层合板分层破坏的研究

本文对纤维增强复合材料层合板的分层破坏进行了大量的试验,同时用三维有限元进行应力分析。试验和分析结果表明此类层合板的分层总是发生在θ/90界面上,该界面上不仅层间剪应力大而且层间正应力也大。通过对不同θ/90界面的临界能量释放率的测定表明,对层合板不同的θ/90分层界面的G_ⅠC和G_ⅡC是随θ角的变化而变化。文中对一个Ⅰ型,Ⅱ型耦合型能量释放率分层判据的应用作了改进,试验结果表明此改进是有效的。     

棉花纤维增强冰弹对复合材料层合板冰撞动响应的影响

当前研究表明自然界冰雹比纯净冰的密度低、强度高,为此ASTM F320-10标准中要求,在实施航空结构抗冰撞试验时,人工模拟冰弹中需添加棉花纤维,以更真实呈现自然界冰雹的力学特性。为研究复合材料蒙皮结构遭受自然界冰雹后的损伤特性,采用80 mm口径气炮装置,开展纤维增强冰弹撞击刚性靶板和复合材料层合板试验。结果表明：冻结温度对冰弹力学性能几乎无影响;棉花纤维的加入显著提高了冰弹的模量和断裂强度;在中低速度范围内,复合材料层合板分层损伤面积随纤维增强冰弹的冲击速度及层合板铺层方式变化,而相同速度范围内受纯净冰弹冲击的层合板未出现分层损伤。     

纤维增强复合材料层合板屈曲性态分析的边界元法

本文用边界元法分析了纤维增强复合材料正交各向异性层合板的屈曲性态。为了克服在用边界元法求解正交各向异性层合板屈曲时寻求相应的基本解的困维,本文采用了双重傅立叶级数和引用等效荷载的概念,建立了层合板屈曲临界荷载的特征方程。算例说明了本文方法的可行性和有效性。      

纤维增强粘弹性复合材料层合板的自由振动和应力分析

基于Reddy分层理论推导出纤维增强粘弹性复合材料层合板的动力学方程,得到了其自由振动频率和损耗因子;分析了自由振动时,纤维体积含量和纤维增强层厚度对自然频率和损耗因子的影响;且计算出了协调的横向应力,数值结果分析表明:结构频率和损耗因子随纤维体积含量的增加而增加;阻尼材料参数对结构损耗因子和横向应力影响较大,且阻尼材料模量存在最佳值;高阶模态下,较高的横向正应力是层合板脱层的主要因素。     

纤维增强复合材料层合板缺口尺寸及形状效应数值模拟

通过考虑基体裂纹、纤维断裂、层内劈裂和层间脱层等破坏形式,建立三维有限元模型研究含中心圆孔和中心裂缝的准各向同性复合材料层合板([45/0/-45/90]_(2S))在拉伸载荷下的缺口尺寸效应及缺口形状效应。模拟结果显示:随着缺口尺寸的增大,层合板的破坏强度逐渐降低,然而,在本文研究范围内含中心裂缝的层合板破坏强度始终高于对应的含中心圆孔的层合板破坏强度。进一步分析有限元模拟结果表明,含中心裂缝的层合板亚临界损伤发生得更早,并且亚临界损伤范围更大,亚临界损伤会大大缓解缺口尖端的应力集中,从而使含中心裂缝层合板表现出更高的破坏强度。     

碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏分析研究进展

综述了碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏以及应力分析的研究进展，介绍了几种含孔层合板的破坏准则和分析含孔层合板损伤破坏的二维以及三维模型，展望了有待于进一步研究的问题。     

复合材料层合板壳热弹性动力响应

本文提出了一个复合材料层合扁壳的位移场。据此导出了在力载和热载作用下的板壳运动方程。该位移场满足层间位移和横向剪应力的连续性,较充分反映了横向剪切对层合板壳力学行为的影响,但位移场的变量和运动方程均为五个,与一阶剪切变形理论相同。文中以暂态响应为例考察了横向剪切变形对层合板壳动力响应的影响,显着改善了解的精度。      

Z-pin增强复合材料层合板断裂韧性试验研究

针对Z-pin增强复合材料层合板, 开展了断裂韧性的试验研究。研究选取了3种Z-pin直径(0.28、 0.52、 0.80mm)且每种直径下分别以3种分布形式(5×5、 8×8、 10×10)排布Z---pin的增强方式, 为了确定比较基准, 试验中同时测试了不含Z-pin的复合材料层合板试样。通过Z-pin拔出试验测试了3种直径Z-pin从基体拔出过程中的载荷位移关系。利用双悬臂梁试验和端部开口弯曲试验分别测试了不含Z-pin和含Z-pin试样的Ⅰ型断裂应变能释放率G_ⅠC、 Ⅱ型断裂应变能释放率G_ⅡC。试验结果表明:? 与不含Z-pin的结构相比, Z-pin增强试样的Ⅰ型断裂应变能释放率G_ⅠC增大了83%~1110%, Ⅱ型断裂应变能释放率G_ⅡC增大了23%~438%; 在相同Z-pin体积含量下, 与增大Z-pin直径相比, 增大Z-pin分布密度能更有效地提高复合材料层合板的断裂韧性。      

准各向同性纤维增强复合材料层合板的开孔拉伸破坏模拟

建立了一种新的有限元三维模型,对准各向同性纤维增强复合材料层合板[45/0/-45/90]_s和[45/-45/90/0]_s进行了开孔拉伸的破坏模拟。每一层均采用三维实体单元(ABAQUS中的C3D8R单元),由于基体比纤维强度低,在很低的拉伸载荷下,圆孔周围基体受到剪切力会出现沿纤维方向的纵向劈裂或基体开裂,从而钝化圆孔,大大减小应力集中,提高材料承载能力。为了准确模拟层合板的破坏,在每层圆孔周围(90°层除外)沿纤维方向引入2组基于表面的内聚力接触来模拟层内纵向劈裂,同时用这种接触来模拟层间的分层特性。为了提高计算效率并且保证计算精度,在圆孔周围采用精细的网格,其余地方采用相对稀疏的网格。在内聚区保证足够的单元个数,这样既能准确刻画内聚区应力分布,又能缓解网格依赖性。与文献中实验结果的对照显示,取得了较好的一致性。      

含脱层纤维增强复合材料层合板在湿热环境下的屈曲分析

依据复合材料细观力学研究了含脱层的正交各向异性复合材料层合板的力学性能与温度和湿度的关系,在宏-细观力学模型框架下建立了考虑湿热效应的屈曲控制方程,利用空间上分离变量的方法求解了控制方程,得到满足连续性条件和边界条件的控制方程的解。通过含脱层的复合材料层合板的屈曲数值算例,综合讨论了几何参数、材料参数和湿热环境等多方面的参数变化对含脱层的正交对称铺设复合材料层合板的临界屈曲载荷的 影响。     

连续纤维增强陶瓷基复合材料界面层研究进展

界面层是陶瓷基复合材料中的关键组成部分,因对复合材料的各项性能都有重要影响,而成为陶瓷基复合材料研究的重点之一。本文在叙述界面层功能的基础上,分别对结构陶瓷基复合材料和抗氧化陶瓷基复合材料的界面层研究现状进行讨论,分析了研究中存在的问题,指出了未来研究的方向和重点。     

纤维增强层合板低能冲击损伤机理分析

针对复合材料低能冲击损伤机理研究不足的现状,应用复合材料层合板三维逐渐累积冲击损伤预测方法,对3种不同铺层顺序的T300/BMP-316层合板的低能冲击过程进行了详细分析,研究了其损伤在各层中的分布规律,并结合层合板的应力等值线图,分析了基体开裂及分层的损伤机理,研究认为基体开裂产生主要由垂直于纤维方向的拉应力达到一定值后,基体和纤维的形变不协调引起的;冲击背面附近和冲击正面附近的分层,分别是由基体开裂和相邻层的弯曲刚度不协调引起的。     

织物增强复合材料层合板Ⅰ型层间断裂特性

采用双悬臂梁(DCB)试验测试和研究了织物增强复合材料层合板的层间断裂韧性与断裂行为。为了评价测试温度和试样几何尺寸的变化对层间断裂韧性的影响，分别在室温(RT)和液氮温度(77K)条件下对不同尺寸的试样进行了双悬臂梁试验。采用扫描电镜对分层断裂面进行了观察，分析和验证了层间断裂特性。     

织物增强复合材料层合板I型层间断裂特性

采用双悬臂梁(DCB)试验测试和研究了织物增强复合材料层合板的层间断裂韧性与断裂行为。为了评价测试温度和试样几何尺寸的变化对层间断裂韧性的影响,分别在室温(RT)和液氮温度(77K)条件下对不同尺寸的试样进行了双悬臂梁试验。采用扫描电镜对分层断裂面进行了观察,分析和验证了层间断裂特性。      

Z-pin增强酚醛复合材料层合板的层间拉伸性能

本文探索研究了Z-pin的植入对酚醛复合材料层合板层间拉伸性能的影响。通过向酚醛复合材料层合板中植入体积分数为0.78%(植入间距5mm×5mm)的石英/酚醛Z-pin,对其进行层间拉伸性能测试,结果表明,随着Z-pin的植入,层合板的层间拉伸性能显著提高,并伴随破坏模式的变化、材料韧性的增加。最后,根据复合材料力学,建立Z-pin增强层合板的简单力学模型,通过桥率试验与层间拉伸试验,对其进行验证和修正,得出Z-pin植入对层合板的层间性能的影响规律。     

挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究进展

随着纤维增强复合材料结构的应用更加广泛,其结构修理问题日渐凸显。挖补修理在复合材料层合板修理中具有重要地位,而修理后结构的疲劳性能是评价结构修理质量的重要依据,因此对复合材料挖补修理层合板疲劳性能的研究意义重大。文中从模型和试验两方面总结了挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究现状,指出了当前挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究存在的问题,可为复合材料结构挖补修理研究和工程应用提供参考。     

纤维增强热固性聚合物基复合材料层间增韧研究进展

综述了纤维增强热固性聚合物基复合材料（PMC）层间增韧的最新研究进展。热固性复合材料由于基体树脂高的交联密度而呈脆性,表现出低的冲击损伤阻抗和损伤容限特征。柔性聚合物层间增韧是改善聚合物基复合材料层间断裂韧性和抗冲击性的有效手段,且不会降低热固性树脂的热性能和高模量。目前有3种层间增韧方法：颗粒增韧、聚合物纤维增韧和薄膜增韧。讨论了3种方法的概念、实施方案、增韧机理及研究成果。最后重点阐述了创新性的复合材料“离位”增韧思想,介绍了具有全部自主知识产权的“离位”复合材料高性能化技术体系,包括预浸料和液态成型两大复合材料产品系列。     

VARI工艺成型纤维增强树脂复合材料层合板厚度和纤维体积分数的影响因素

分析了影响真空辅助成型技术（VARI）工艺成型复合材料的纤维体积分数和厚度均匀性的关键因素,即VARI成型工艺的树脂流动控制形式、纤维预制体状态、织物状态、树脂黏度,通过试验分析了各因素对VARI成型复合材料厚度和纤维体积分数的影响。试验结果表明,采用HFVI（high fiber-volume vacuum infusion）工艺、BA9914树脂及真空处理后的U3160单向机织物成型的纤维增强树脂复合材料层合板,其纤维体积分数和厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料制件的水平。     

碳纤维增强复合材料层合板Lamb波衰减特性研究

为提取适用于碳纤维增强复合材料层合板声发射故障诊断的模态信号,利用三维弹性理论及传递矩阵法获得Lamb波的频散曲线。以碳纤维增强复合材料层合板为研究对象搭建实验平台,改变断铅激励位置从而获得不同声发射信号。对采集的声发射信号进行小波尺度谱分析,结合频散曲线分离出不同模式的Lamb波,分别研究其不同频率的幅度及能量衰减特性。实验结果表明,较其它信号,低频率S0波幅度信号衰减速度较低,对碳纤维增强复合材料层合板的声发射故障诊断研究具有较大优势。     

纤维增强复合材料压缩破坏研究进展

综述了纤维增强复合材料压缩破坏机理及影响因素,同时对目前公开发表的几种预测复合材料压缩破坏强度方法进行了介绍与分析。最后,对今后研究动向进行了展望。