考虑就位效应的大开口层合板拉伸失效预测

为更精确预测大开口复合材料层合板的失效模式和破坏强度,考虑子层就位效应建立大开口层合板渐进损伤分析模型。使用ABAQUS软件进行大开口层合板拉伸模拟,通过编写USDFLD子程序,分别设置失效准则以及刚度退化模型。设置失效准则时考虑层合板各子层的就位横向拉伸强度和面内剪切强度。结果表明:开口越大,层合板的破坏载荷值越低,[±45]5铺层相比[0/90]5铺层的大开口层合板承载能力弱;[0/90]5铺层的大开口层合板主要从应力集中处沿垂直于拉伸方向的截面断裂破坏,[±45]5铺层的大开口层合板从应力集中处沿纤维与基体的界面开裂破坏;层合板子层就位特性的破坏载荷预测值比未考虑就位效应的预测值更接近试验值,渐进损伤分析得到的破坏模式与试验结果吻合良好,验证了渐进损伤分析模型的正确性。     

褶皱层数对玻璃纤维层合板拉伸性能的影响

为考察褶皱层数对玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板拉伸性能的影响,开展无褶皱和不同褶皱层数的试件拉伸测试,基于三维Hashin失效准则和渐进损伤失效理论建立有限元强度预测模型,对比分析试验与数值仿真结果.结果表明:拉伸强度随褶皱层数增加显著降低,铺层全褶皱时拉伸强度降低约50％;拉伸弦向弹性模量随褶皱层数增加而降低,破坏应变随褶皱层数增加而增大;最内侧,基体开裂和纤维断裂是最主要的失效形式;建立的有限元仿真模型可准确预测不同褶皱层数的玻璃纤维增强树脂基复合材料层合板的拉伸强度和失效模式.     

复合材料细观损伤研究

复合材料细观损伤研究方法可以在细观的尺度上对复合材料的力学性能和损伤失效进行研究。通过细观尺度上的胞元建立损伤萌生与演化模型,根据细观损伤演化模型确定细观损伤变量,当细观损伤变量达到阀值时可预报复合材料的强度和疲劳寿命等宏观性能。细观损伤有限元分析已成为对理论模型进行修正的重要手段,可以用理论分析与有限元模拟相结合的方法研究复合材料的力学行为。为了更好的为相关研究工作提供参考,对复合材料细观损伤研究进展情况从理论研究和有限元研究两方面做了一个回顾和梳理。     

界面层对TiC/TC4复合材料力学性能的影响

TiC/TC4复合材料在航空航天领域有广阔的应用前景,在加工制造过程中,增强体SiC纤维和Ti合金基体会发生界面反应,严重影响复合材料的宏观力学性能。为研究界面层对TiC/TC4复合材料力学性能的影响,采用正四方形RVE模型模拟复合材料细观受力情况,并进行有限元计算分析,分别研究单胞模型在4种单向载荷下的力学性能和失效载荷大小,得到复合材料的失效模式。重点研究了界面层厚度对复合材料细观模型力学性能的影响,综合考虑界面层厚度对界面结合强度值和裂纹对复合材料性能的影响,确定反应层厚度控制在1μm附近最合适,与实际制造时所选取的界面厚度区间一致,可以作为复合材料加工时界面层厚度的参考理论依据。     

周期性温度对纤维增强复合材料细观损伤影响分析

用Python脚本生成复合材料三维细观力学有限元结构模型以及施加代表性体积单元(RVE)所需的周期性边界条件,运用Abaqus材料子程序UMAT建立材料的损伤模型,研究周期性温度变化下纤维增强复合材料代表性体积单元(RVE)在横向拉伸载荷的作用下组分相损伤的演化过程以及最终产生基体裂纹破坏的趋势。并与文献中的实验结果进行对比,从细观尺度表征了周期性温度变化对横向拉伸载荷作用下复合材料失效模式的影响。从模拟结果可以看出,纤维和基体的热物理性能不同使得纤维牵制基体的热变形,将会加快纤维/基体破坏,直接在垂直于载荷的应力集中区域产生连续界面脱黏。     

复合材料螺栓连接强度与损伤扩展分析

基于ABAQUS建立复合材料层合板螺栓连接三维渐进损伤模型,并通过数值模拟与实验极限强度值的对比,证明模型具有较好的准确度,相对误差均在8%以内。在此基础上,研究螺栓-孔配合精度对层合板螺栓连接强度的影响,并预测其损伤起始到最终失效的损伤扩展过程。结果表明,采用干涉量较小的干涉配合可以提高接头的极限强度;损伤单元由中间铺层向表面铺层扩展,当损伤单元由孔边沿径向扩展至板宽边缘时,层合板最终失效。     

复合材料螺栓连接强度与损伤扩展分析

基于ABAQUS建立复合材料层合板螺栓连接三维渐进损伤模型,并通过数值模拟与实验极限强度值的对比,证明模型具有较好的准确度,相对误差均在8%以内。在此基础上,研究螺栓-孔配合精度对层合板螺栓连接强度的影响,并预测其损伤起始到最终失效的损伤扩展过程。结果表明,采用干涉量较小的干涉配合可以提高接头的极限强度;损伤单元由中间铺层向表面铺层扩展,当损伤单元由孔边沿径向扩展至板宽边缘时,层合板最终失效。     

含Cohesive单元的舱门蒙皮低速冲击有限元仿真

利用3D Hashin失效准则预测复合材料气密性舱门蒙皮4种层内损伤模式:纤维拉伸、纤维压缩、基体拉伸和基体压缩,进行低速冲击有限元仿真分析;使用Cohesive单元结合QUADS失效准则代替VCCT技术模拟分层失效;比较不同网格密度、冲击位置以及冲击能量下对数值分析的影响.仿真结果表明:冲击点越接近筋条缘条中央位置,冲击损伤面积越大,应作为舱门健康监测研究中重要监测对象之一.     

单轴拉伸下NEPE固体推进剂细观结构演化行为研究

为了分析硝酸酯增塑聚醚（Nitrate Ester Plasticized Polyether, NEPE）推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro-CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵（AP）颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等细观结构特征进行了表征,获取了单轴拉伸过程中推进剂细观结构的失效过程,并采用孔隙率对NEPE推进剂细观损伤的变化规律进行了定量分析,基于NEPE推进剂细观尺度上结构的演变规律解释了宏观力学性能变化的原因。结果表明,NEPE推进剂初始缺陷尺寸小、体积占比低,平均值为0.12%。单轴准静态拉伸过程中,NEPE推进剂的细观失效过程主要包括孔洞形核、生长与汇聚3个阶段;AP颗粒的体积分数虽然低,但是由于容易脱湿通常成为细观损伤的起点;当AP发生一定程度脱湿后,奥克托今（HMX）也会出现明显的脱湿,在分析NEPE推进剂细观失效问题时应当考虑HMX脱湿行为的影响。大量细观缺陷的形核与生长是NEPE推进剂宏观力学性能进入非线性段的原因,而细观缺陷的不断汇聚使得宏观应力增加落后于应变增加的现象越来越明显。加载过程中孔隙率呈现出先缓慢增加再急剧增加最后增加趋于平缓的变化趋势,孔隙率的变化规律不仅能够定量地反映NEPE推进剂细观缺陷的演化阶段,与NEPE推进剂宏观力学性能的变化也具有一定的对应关系。     

基于Monte-Carlo方法含缺陷管道失效概率计算方法研究

基于应力-强度干涉理论和概率R6失效计算方法,通过Monte-Carlo模拟方法建立管道缺陷特征参数与随机数的对应关系,并建立含缺陷管道的失效概率计算方法:针对表面半椭圆裂纹的管道失效形式,当Monte-Carlo模拟次数达到1 000次时,其失效概率基本稳定,Pf=0.001 5;应用敏感性分析理论,分析各随机参数的分散性(变异系数)对含缺陷埋地输油管道断裂失效概率的影响。结果表明:断裂韧性的变化对管道断裂失效概率的影响最大,通过敏感性分析发现,屈服强度的影响最小。     

模具用钨基复合材料失效机理研究

以微观尺度下的数值模拟为手段,研究钨基复合材料的失效机理。结果表明,材料的高强度相-钨颗粒相为材料实际的承载单元,它的强度水平在某种程度上体现材料整体的性能,钨颗粒相中的实际应力水平远远高于外载荷的水平,因此材料出现未达到钨颗粒相理论强度而出现失效的现象。     

连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明：该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。     

碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响

用粉末冶金法制备了碳纤维含量不同的碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料 ,测量它们的硬度和抗弯强度 ,并用扫描电镜观察分析了它们的显微组织和断口形貌。结果表明 :加入镀铜短碳纤维对基体起到了增强作用 ,并且随碳纤维含量的增加 ,碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料硬度和抗弯强度明显提高。     

破片群侵彻纤维增强层合板破坏机理及穿甲能力等效方法

为开展破片群侵彻下纤维增强层合板的防护设计,采用瞬态非线性有限元,进行了破片群侵彻下纤维增强层合板破坏机理的研究。阐明破片群侵彻下纤维增强层合板的破坏模式及过程,揭示破片群侵彻能力的增强效应,并分析破片数量、破片初速和破片间距因素对其影响规律,提出了破片群穿甲能力的等效方法。结果表明：与单破片侵彻相比,破片群的穿甲能力大大增强,其可与增大长度的单破片穿甲能力等效,为破片群侵彻下结构的穿甲防护设计提供了参考。     

基体特性对钨丝增强复合材料中剪切应力的影响

采用ANSYS程序计算研究脉冲加载下不同屈服强度、弹性模量基体对钨丝增强复合材料两相间剪切应力的变化特征。研究发现,在复合材料设计时应考虑基体力学特性对复合材料性能的影响。选择屈服强度高、弹性模量低的基体,可降低增强相钨丝中的剪切应力,在侵彻过程中有利于保持钨丝的完整性,从而提高侵彻能力。     

玄武岩纤维增强镁合金复合材料的制备

采用化学镀铜和未镀铜的玄武岩纤维为增强体、镁合金粉末为基体,用粉末冶金法制备了玄武岩纤维增强复合材料。借助扫描电镜表征玄武岩纤维表面和复合材料的微观形貌,并测试其压缩强度。结果表明:玄武岩纤维化学镀铜处理,覆盖了一层致密均匀且没有裂纹的镀层;镀铜纤维增强复合材料的组织致密,无明显微孔、微裂纹等缺陷,提高了纤维与镁合金基体之间的浸润性,复合材料的力学特性得到提高;在实验范围内,复合材料的压缩强度随镀铜纤维的含量增加而增加,体积分数为15%时,复合材料压缩强度最高。     

短切纤维对RDX/TNT熔铸炸药的力学改性

采用玻璃纤维、聚酯纤维、铝纤维、碳纤维4种短切纤维作熔铸炸药力学性能改性剂,研究了压缩、拉伸力学实验中短切纤维的种类、添加量和长度对RDX/TNT 65/35熔铸炸药力学性能的影响。结果表明,聚酯纤维对压缩强度的改善效果最佳,添加量为0.4%时压缩强度达27.94 MPa。铝纤维会显著降低炸药的拉伸强度和拉伸延伸率。玻璃纤维添加量为0.2%时拉伸、压缩力学性能均低于不掺杂纤维材料的RDX/TNT 65/35熔铸炸药。添加量在0.2%～1.0%时,65/35-RDX/TNT的压缩力学性能随玻璃纤维用量的增加而升高。添加量分别为0.01%和0.05%时,使用3 mm碳纤维的炸药拉伸力学性能好于使用6 mm碳纤维,掺杂0.05% 3 mm碳纤维的炸药各项拉伸力学性能最好。     

混杂纤维增强材料板抗侵彻数值仿真及实验验证

本文根据实验研究，提出了混杂纤维增强材料靶板在弹道冲击条件下的数值仿真要求，利用大型通用有限元程序，根据实验中复合材料层合板的破坏模式及破坏机理分析，建立其抗侵彻仿真混合模型。本文采用该模型对靶板抗侵彻过程中的三种影响因素(三种工况)进行计算比较。三种工况包括：(1)层间结合力较强，基体材料失效破裂，导致纤维层分层破坏的模拟；(2)仅考虑层间相互接触力影响的模拟；(3)考虑热效应对纤维及基体材料性能的影响的模拟。计算结果与混杂纤维增强材料板抗破片侵彻的实验现象及实验规律，具有较好地一致性，同时，也证明高速冲击可以作为绝热过程进行考虑。本文仿真计算结果对于较好的理解复合纤维材料靶板中各组成成分对其抗弹能力的影响及优化靶板结构具有重要的工程意义。     

粉末冶金铍铝合金的显微组织和力学性能

通过室温拉伸试验和扫描电镜观察与分析,研究不同铍铝配比对粉末冶金铍铝合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着铍含量的增加,铝含量的降低,铍铝合金的弹性模量、抗拉强度、屈服强度显著升高,延伸率降低。合金的断裂模式受成分配比的影响不大,断裂是由铝相的韧窝断裂和铍相的解理断裂构成的混合型断裂。铍铝合金实质上是由纯铍和纯铝构成的颗粒增强复合材料,可通过不连续颗粒增强复合材料的唯象模型对不同铍铝配比铍铝合金的弹性模量及应力-应变响应进行较为准确的预测。     

复合结构活性破片对双层靶标毁伤效应

研究可承受炸药爆炸加载的活性破片毁伤威力具有实际应用意义.通过14.5 mm口径弹道枪加载试验分析铝粉与聚四氟乙烯复合结构活性破片撞击不同组合形式下双层靶标毁伤效应,并采取多元回归分析方法建立活性破片对前层板的穿孔直径和后层板的扩孔面积经验公式.结果表明:在800～1400 m/s速度范围内,活性破片撞击前层钢板或铝板...