应用ANSYS的复合材料层合板静强度预测

复合材料层合板的静强度预测对于层合板设计和应用都具有重要的意义。为了提高预测的有效性,减少实验成本,在基于单层板理论的逐渐累积损伤的静强度预测方法的基础上,提出了用于二维机织复合材料静强度的预测方法。首先,以ANSYS有限元分析软件作为平台,利用其自带的APDL参数化语言建立有限元模型,并将铺层方式设定为[(0,90)/(±45)/(0,90)/(±45)/(0,90)]s,然后经过ANSYS软件的计算,得到最终的预测结果,最后制作该铺层方式的复合材料层合板并作拉伸实验,得到其实验强度,通过对比预测结果和实验结果验证了该预测方法的有效性。     

基于拉伸载荷的碳纤维/环氧树脂层合板疲劳断裂机理

为研究拉伸载荷下碳纤维/环氧树脂层合板的疲劳性能,开展了4种应力水平下的T300/6511碳纤维平纹织物层合板的拉-拉疲劳实验,得到了不同应力水平下层合板的疲劳寿命。采用超声波C扫和扫描电子显微镜（SEM）观察断口形貌及内部损伤,讨论复合材料疲劳损伤发展积累过程和断裂机理。通过复合材料疲劳有限元分析模型,模拟了复合材料织物层合板疲劳损伤积累和失效过程,绘制了S-lg N曲线,分析发现模型预测的疲劳寿命及失效模式与实验结果吻合良好。疲劳加载时,层合板两侧自由边的表面首先出现基体开裂和分层损伤,随后诱发基体与纤维间界面破坏,损伤加剧,并迅速向内侧扩展;最后大量纤维和基体断裂,损伤贯穿整个截面,导致疲劳断裂。     

复合材料层合板孔边应力场的有限元计算

纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚度和比模量,在航空航天领域得到越来越广泛的应用.层合板是当前复合材料在工程结构中应用的主要形式.对于含孔的层合板结构,由于材料的各向异性以及孔的影响,其应力分布比较复杂,采用数值解是较好的选择.本文基于层合板的可设计性特点,综合考虑铺层角度、铺层顺序等对层合结构的影响,设计出了一种二十四层对称层合板.以有限元方法为基础,借助ANSYS分析工具,对该层合板含孔结构的孔边应力重点分析,得出了不同铺层角度铺层中应力分布的云图和孔边应力分布曲线.本文结论对复合材料层合板优化设计和带孔层合结构的应力计算具有较好的参考价值.     

复合材料层合板的强度

本文给出了复合材料层合板中各单层板及子层板内力的计算公式，定义了引起脱层的内力及其局部平均层间应力，根据脱层判据可得到由脱层控制的层合板强度，加上最后层破坏理论，得到一个较为完整的层合强度计算方法。     

基于Zinoviev理论的含孔复合材料层合板三维有限元渐进失效分析

建立了含孔复合材料层合板的三维有限元模型,以二维Zinovie理论为基础,结合改进的三维Hashin准则,对二维Zinoviev理论进行了简化和拓展,提出了适用于三维模型的刚度退化方案,完成了对层合板的渐进失效分析。从纤维失效、基体失效、分层失效三个方面讨论了层合板在拉伸载荷作用下的失效过程,并预测了层合板的拉伸极限强度及破坏模式。数值模拟结果与试验基本吻合,验证了所提出退化模型的正确性。     

冲击方向对层合板低速冲击响应的模拟研究

利用有限元软件ABAQUS/Explicit,采用双线性本构法则和B–K断裂能准则,建立并验证了复合材料层合板的落锤式低速冲击损伤模型。在该验证模型的基础上,将冲头分别以30o,45o,60o和90o的冲击角度,以3.0 J和5.0 J的初始冲击能量对层合板进行冲击模拟试验。结果表明,冲头的冲击方向对层合板的冲击响应有着较大的影响,当冲击角度为45o时,冲击方向对层合板的能量耗散影响最大,当冲击角度为90o时,冲击方向对层合板能量耗散影响最小。     

含分层损伤复合材料层合板的屈曲特性研究

本文利用有限元方法,对压缩载荷作用下含各种形状脱层损伤的复合层合板的屈曲模态和载荷进行了研究。对不同的脱层损伤尺寸,层合板分别有整体,混合和局部三种屈曲模态,穿透脱层和埋藏脱层的层合板其临界载荷的变化规律是相同的。     

玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性研究

为了获取玻/碳纤维混杂复合材料层合板的振动特性,以玻/碳纤维混杂复合材料层合板为研究对象,基于有限元分析软件ANSYS Workbench分析了夹芯混杂、层间混杂两种混杂方式下的复合材料层合板的振动特性,得到了层合板的混杂类型、铺设厚度、长宽比、铺设角度对玻/碳纤维混杂复合材料层合板固有频率的影响规律.结果表明:夹芯混...     

基于改进双种群遗传算法的复合材料层合板铺层优化设计

针对复合材料层合板铺层优化设计过程中易出现的算法早熟及收敛慢的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,提出一种引入自适应算子的改进双种群遗传算法。在算法过程中以对称复合材料层合板为例进行验证,通过Patran建立有限元初始模型,采用Matlab编写遗传算法主程序及数据传递程序,实现对Nastran的输入输出文件的读写,并在以Tsai-Wu准则为基础确立的适应度函数下,对复合材料层合板的铺层顺序进行优化。对比传统遗传算法,结果表明该改进算法能够明显提高优化效率,并能够有效收敛于全局最优解,对解决复合材料结构优化设计问题有一定的指导意义。     

ANSYS在复合材料仿真分析中的应用

ANSYS在复合材料仿真分析中的应用经过近十年的研究探索已成必然,本文阐述了近些年来国内外的科研工作者研究开发的一系列成果,对国内外应用情况进行了对比,并预测其发展方向。     

厚度增强复合材料研究现状及进展

简单介绍了厚度方向增强复合材料的优点及缺点.重点综述了Z-pinned增强复合材料由于pin的插人造成的对复合材料分层破坏的抑制,微观损伤以及由于损伤带来的面内力学性能的下降;同时,对国内外近年来发表的Z-pinned复合材料层合板面内力学性能的实验结果和理论预测模型进行了分析比较.最后,对厚度增强复合材料面内力学性能的研究提出了几点建议.     

(±45°/90°/0°)_s准各向同性层合板的拉伸强度

根据经典层合板理论,层合板(±45°/90°/0°)s是准各向同性层合板,其拉伸刚度在板面内各个方向上都相同,而拉伸强度是随偏轴角θ改变而变化,即强度方面不具有各向同性的特点。本文首先研究(±45°/90°/0°)s这种准各向同性层合板拉伸强度在偏轴角θ从0°至45°之间的变化情况,然后通过分别改变单层板强度参数和弹性常数来研究该层合板的拉伸强度的变化情况,并分析其破坏形式。最后与NCF材料的试验结果进行了比较。     

基于ANSYS的高压换热器密封盘变形失效分析

直径很大且弹性区厚度不到5mm的密封盘作为高压换热器的核心结构,一旦发生变形将导致整个设备瘫痪.通过对密封盘建立三维几何模型,并利用ANSYS Workbench软件进行结构模拟分析,分析结果为:在高压换热器运行初期,密封盘的变形量很小,主要失效形式是腐蚀形成微裂纹而失效;若在高压换热器运行时密封盘受力过大,就会发生密...     

Adhesively Bonded Patch Repair of Composite Laminates

Damaged composite laminates repaired using adhesively bonded patches have been studied. A special adhesive element is developed to examine the stress distribution in the bonded region. Utilizing the adhesive element, one is able to incorporate the regular elements in the laminate and patch. It has the advantage of reducing the adhesive bonding problem to a two-dimensional in-plane problem, and avoiding the need for refined meshes in the adhesive. The special adhesive element is derived based on the assumption of constant shear stress through the thickness of the adhesive. The damaged area of the composite laminate is simulated as a hole. The repair efficiency is evaluated by comparing the stress concentration factor in the damaged hole before and after repair. The effects of the thickness, size and material properties of both patch and adhesive on the stress distribution are presented through a parametric study. Numerical results indicate that a stiffer and thicker patch is able to carry higher loads, and, consequently, reduce the load across the damaged area yielding less stress concentration in the damaged hole. For a high shear modulus and thin thickness of the adhesive layer, less loads are transferred to the patch resulting in a high stress concentration in the damaged hole.     

Preliminary Evaluation of Hybrid Titanium Composite Laminates

In this study, the mechanical response of hybrid titanium composite laminates (HTCL) was evaluated at room and elevated temperatures. Also, the use of an elastic-plastic laminate analysis program for predicting the tensile response from constituent properties was verified. The improvement in mechanical properties achieved by the laminates was assessed by comparing the results of static strength and constant amplitude fatigue tests with those for monolithic titanium sheet. Two HTCL were fabricated with different fiber volume fractions, resin layer thicknesses and resins. One panel was thicker and was poorly bonded in comparison with the other. Consequently, the former had a lower tensile strength, while fewer cracks grew in this panel and at a slower rate. Both panels showed an improvement in fatigue life of almost two orders of magnitude. The model predictions were also in good agreement with the experimental results for both HTCL panels.     

高强聚乙烯复合材料层压板的防弹测试

为制备防弹性能较好的高强聚乙烯复合材料层压板,利用RTM模压成型工艺制备复合材料层压板.对层压板进行弹道损伤测试分析,设计不同铺设角度进行贯穿试验,以及使用高强聚乙烯UD布、平纹织物以及正交三向织物进行背凸试验.试验结果表明,在0°/90°的铺层角度,使用平纹织物作为背部材料时,复合材料层压板具有较好的防弹性能.     

Preliminary Evaluation of Hybrid Titanium Composite Laminates

In this study, the mechanical response of hybrid titanium composite laminates (HTCL) was evaluated at room and elevated temperatures. Also, the use of an elastic-plastic laminate analysis program for predicting the tensile response from constituent properties was verified. The improvement in mechanical properties achieved by the laminates was assessed by comparing the results of static strength and constant amplitude fatigue tests with those for monolithic titanium sheet. Two HTCL were fabricated with different fiber volume fractions, resin layer thicknesses and resins. One panel was thicker and was poorly bonded in comparison with the other. Consequently, the former had a lower tensile strength, while fewer cracks grew in this panel and at a slower rate. Both panels showed an improvement in fatigue life of almost two orders of magnitude. The model predictions were also in good agreement with the experimental results for both HTCL panels.     

玻璃纤维复合材料层合板冲击后的压缩强度

对不同厚度的二维编织环氧玻璃纤维层合板进行落锤冲击试验及冲击后压缩破坏试验,以研究低速冲击对复合材料层合板剩余压缩强度(CAI)的影响。用透光描影及热揭层方法对冲击损伤形式进行描述。讨论了损伤宽度、损伤面积与冲击能量及剩余压缩强度、模量间的关系,并建立有限元模型,采用开口等效及软化夹杂等分析方法对材料的冲击后压缩强度值进行估算。     

CFRP层板的疲劳损伤研究方法

介绍了CFRP层板疲劳损伤研究方面的主要模型。剩余强度来度量疲劳损伤破坏准则清楚明了，但实验工作量大、费用高，并且一个试件只能得到一个数据；剩余刚度可在疲劳试验过程中连续测量而不影响材料的性能，但破坏准则较难确定，弹性模量对损伤不很敏感；用电阻的变化来反映碳纤维层板结构的疲劳损伤操作简单易行，具有较高的工程实用价值。