泡沫夹芯复合材料梁界面裂纹曲折扩展实验与数值模拟

采用双悬臂梁(DCB)试验研究了具有不同密度的PMI泡沫芯体的玻璃纤维增强复合材料夹芯梁界面裂纹曲折破坏路径。基于包含裂纹的物质点算法(MPM), 建立了与试验研究相适应的MPM模型, 在不同的面板/芯体模量比下计算了界面裂纹裂尖模态比和曲折破坏角, 并结合曲折破坏准则模拟了界面裂纹曲折破坏路径。数值模拟结果和试验现象吻合良好, 说明了本文中数值分析模型和方法的有效性。研究结果表明, 面板材料和芯体材料模量失配越严重, 界面裂纹发生曲折破坏时的破坏角越大; 裂纹折入芯体后, 在 Ⅰ 型为主的加载模式的支配下以基本平行于界面的方向扩展。      

大型复合材料夹芯筒屈曲分析中芯材剪切变形与壳体锥度的影响

针对某卫星结构中的大型复合材料夹芯承力筒进行屈曲分析。首先分别建立柱壳段、锥壳段和框段的几何方程、物理方程与应变能表达式,以及给定载荷条件下的外力势能表达式。然后根据位移边界条件采用正交完备的三角级数构造承力筒的位移模态,最后根据最小势能原理求解临界载荷。通过对比计及与不计及芯材剪切变形和壳体锥度时临界载荷的计算结果,发现对于该承力筒而言,芯材剪切变形与壳体锥度对临界载荷计算结果的影响均小于10%。该分析结果为承力筒在设计阶段的简化计算提供了理论依据。     

夹芯复合材料阻尼性能的研究进展

随着航空航天轻质高速化和精密仪器设备自动化的发展,振动问题日益凸显。夹芯复合材料比强度高、比模量大、减振性能优良,兼具结构和功能一体化的特性,成为航空航天领域研究的热点。从复合材料基体、增强体、界面3个方面阐述了复合材料的减振机理,介绍了目前研究热门的夹芯结构以及芯材、面板、结合界面及其相互作用对阻尼性能的影响规律,概述了夹芯复合材料阻尼改性的研究现状,最后对夹芯复合材料阻尼的研究方向进行了展望。     

缝纫泡沫夹芯复合材料细观纤维柱破坏行为

缝纫泡沫夹芯复合材料中的纤维柱在拔出过程中的破坏行为复杂导致结构承载性能难以预测。采用真空辅助树脂注射(VARI)工艺制备了缝纫泡沫夹芯复合材料,并使用层间拉伸试验(ITT)研究了缝纫泡沫夹芯复合材料中含有单根缝线纤维柱细观试件的破坏过程。讨论了不同破坏现象对缝线纤维柱拔出摩擦过程的影响,并分析了缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式。分析了缝线粗细的变化对试件破坏过程中关键的力、位移等参数及能量吸收性能的影响。研究了由于成型工艺所导致的缺胶现象对缝纫泡沫夹芯复合材料性能的影响。结果表明:缝纫泡沫夹芯复合材料的能量吸收性能、关键位移参数及最大载荷都随着缝线变粗而增大。但是缝纫泡沫夹芯复合材料的破坏模式对其也有一定的影响,导致了变化趋势的波动;缺胶缝纫泡沫夹芯复合材料由于缺陷的存在,最大破坏载荷和能量吸收性能均有所下降。     

夹芯复合材料阻尼性能的研究进展

随着航空航天轻质高速化和精密仪器设备自动化的发展,振动问题日益凸显.夹芯复合材料比强度高、比模量大、减振性能优良,兼具结构和功能一体化的特性,成为航空航天领域研究的热点.从复合材料基体、增强体、界面3个方面阐述了复合材料的减振机理,介绍了目前研究热门的夹芯结构以及芯材、面板、结合界面及其相互作用对阻尼性能的影响规律,概述了夹芯复合材料阻尼改性的研究现状,最后对夹芯复合材料阻尼的研究方向进行了展望.     

夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法。分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。     

金属圆管增强夹芯柱屈曲分析

金属圆管增强复合材料夹芯结构是一种新型的轻质多功能结构。考虑了横向剪切变形对临界载荷的影响,以实验方法测量出夹芯柱的横向剪切刚度,计算出临界屈曲载荷的理论值,并从实验上加以验证。利用有限元分析软件ABAQUS,模拟了夹芯柱宏观屈曲的形式,并与理论值和实验值进行了对比,结果吻合较好。采用数值模拟方法,研究了临界屈曲载荷与金属圆管排布方式之间关系。结果表明:金属圆管增强夹芯柱宏观屈曲主要以横向剪切屈曲为主;临界载荷值随着圆管在长度方向上的间距变小而增大;在圆管总重量和高度不变的情况下,临界载荷随着圆管半径和间距的变小而增大。研究结果对于在轴向压缩载荷下的金属圆管增强夹芯柱设计具有重要的指导意义。     

泡沫夹芯复合材料水声性能预测研究

针对泡沫夹芯复合材料声学测试的实际情况,建立了耦合声学有限元法的计算模型,针对计算模型进行了算例验证。结果表明,模型的预测值与试验值趋势吻合较好,计算方法是有效且可行的,可以用于预测泡沫夹芯复合材料的声学性能。同时,研究了与面板和芯材有关的四个参数对夹芯复合材料声学性能的影响规律。     

面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性影响分析

面芯脱粘是复合材料夹芯结构常见的损伤形式。本工作综合考虑面芯界面损伤演化、分层屈曲以及分层扩展的耦合作用,建立了深水静压载荷下复合材料夹芯圆柱壳极限承载能力预报方法。基于非线性极限载荷计算方法,通过预制初始缺陷,开展了含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性分析,揭示了典型面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳失效模式及极限承载的影响机理,得到不同面芯脱粘形式、脱粘尺寸、脱粘位置的影响规律。研究发现,随贯穿面芯脱粘长度增加,结构失效模式发生整体屈曲→混合屈曲→局部屈曲演化;外蒙皮/芯层面芯脱粘对含环向贯穿面芯脱粘复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高,内蒙皮/芯层界面脱粘对含纵向贯穿面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高;对于多个局部圆形面芯脱粘,沿纵向分布越集中、沿环向分布越离散,结构极限承载损失率越高。研究成果对面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳的优化设计与可靠性评估具有很好的指导意义。     

夹芯梁结构分析的Fourier级数求解

夹芯梁具有重要轻，强度、刚度和稳定性好的优点，在现代复合材料结构中应用广泛，常用的夹芯结构的分析理论有Ｒｅｉｓｓｎｅｒ理论和Ｈｏｆｆ理论，前者把表板视为薄膜求解，后者计及了表板自身弯曲刚度的影响，即把表板视为弹性薄板求解。Ｆｏｕｒｉｅｒ级数在匀质材料杆、板、壳经典理论中有重要应用。本文在此基础上，导出了Ｒｅｉｓｓｎｅｒ理论和Ｈｏｆｆ级数求解通用方程，具有应用方便，能适用多种边界和复杂载荷作用夹芯梁     

基于精确板理论的复合材料格栅/波纹夹芯结构屈曲特性

提供了一种分析全复合材料格栅/波纹夹芯板屈曲特性的解析模型.将格栅、波纹芯子视为连续性单层,基于精确板理论推导了全复合材料波纹/格栅夹芯板的内力-应变关系;在考虑复合材料芯子壁板各向异性和横向剪切变形的基础上,基于均质化理论分别推导了复合材料正交格栅和梯形波纹芯子的等效弹性常数;利用最小势能原理得到了全复合材料格栅/波...     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

楼板有效翼缘宽度是组合框架梁梁端极限承载力验算的关键参数之一,已有的有效翼缘宽度计算公式存在荷载模式不匹配、等效准则不匹配、无法考虑钢梁截面的非对称性等不足。为此,该文重点讨论了侧向荷载作用下采用圆形截面柱的组合框架中非对称钢梁截面框架梁端的承载力极限状态有效翼缘宽度的计算方法。在有限元软件MSC.MARC (2018)中建立精细化数值模型,通过单变量分析筛选出对有效翼缘宽度有显著影响的关键变量。在合理的取值范围内对这些关键变量进行充分的排列组合,得到一系列的数值算例结果。对这些数值结果进行回归分析,基于前人得出的对称钢梁截面情况的计算公式,保留其基本框架而修改其中相关参数,得出侧向荷载作用下非对称钢梁截面组合框架梁有效翼缘宽度的计算方法。     

复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲与后屈曲性能

针对2种边界条件和3种板元宽度情况,采用几种屈曲方法对轴压载荷作用下的复合材料帽形加筋壁板进行了计算,得到了不同情况下的屈曲载荷,通过对复合材料加筋壁板几种计算方法的计算结果与试验结果的对比,得到一种更简单有效计算复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲载荷的方法;依据帽形加筋壁板的结构特点和试验后的破坏模式,提出一种估算复合材料帽形加筋壁板轴压破坏载荷的方法,用该方法在几个项目上的计算结果与试验结果进行比较,发现两者较吻合,验证了复合材料帽形加筋壁板轴压承载能力估算方法的合理性,为结构设计人员在初始设计阶段对复合材料帽形加筋壁板轴压强度评估提供了一种简洁的途径。     

复合材料帽型加筋板轴压试验及承载能力预测

随着复合材料的广泛使用,复合材料帽型加筋板在飞机结构上的使用也越来越多。为研究复合材料帽型加筋板承受轴向压缩的能力,首先对不同蒙皮半径、蒙皮厚度及长桁间距的复合材料帽型加筋板进行了轴压试验,得到了局部屈曲载荷、破坏载荷与加筋板曲率系数、长桁间距的关系,然后,通过引入曲率修正系数,修正了现有加筋板屈曲载荷的工程估算公式;最后,利用分段处理法结合有效宽度概念改进了加筋板轴压极限承载的工程算法。结果表明:帽型复合材料加筋板局部屈曲载荷及最终破坏载荷与曲率系数正相关;改进的方法能对复合材料加筋板的极限承载进行准确预测。所得结果表明该方法为复合材料加筋板结构设计及载荷估算提供了一种新方法,具有一定的工程应用价值。      

模态缺陷条件下复合材料柱形壳屈曲特性

为了开展多模态缺陷条件下复合材料柱形壳的屈曲特性研究,进行了理想柱形壳在轴压工况下的线性屈曲分析,得出前50阶屈曲失稳模式,即模态缺陷;基于弧长法研究不同模态缺陷条件下复合材料柱形壳的非线性屈曲特性;将有限元分析结果、NASA SP-8007规范计算结果与Bisagni试验结果作对比分析。结果表明:对于轴压柱形壳屈曲问题,第1阶模态缺陷不是最差缺陷,在第1阶模态缺陷条件下求出的非线性屈曲载荷比试验值高出较多;高阶模态缺陷条件下的复合材料柱形壳非线性屈曲计算结果与试验结果最为吻合,两者相差较少;屈曲载荷下降受缺陷形状、幅值双重影响,复合材料柱形壳屈曲计算需考虑多模态问题;NASA求出的屈曲载荷非常保守,低于试验值较多,用NASA方法进行复合材料柱形壳的设计,往往会导致结构笨重、材料浪费、性能降低。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料金字塔点阵夹芯假脚结构在竖向载荷下的力学性能

对碳纤维增强树脂复合材料金字塔点阵夹芯假脚结构在竖向载荷下的力学性能进行研究.制备了三种不同相对密度的假脚,并进行了竖向载荷压缩试验.结果 表明,相对密度对结构力学性能的影响显著,载荷-位移曲线呈非线性,峰值载荷和刚度值随相对密度的增加而增大,三种相对密度的破坏模式均为节点的失效和面板的皱曲,结构具有一定的能量吸收能力...     

缝纫泡沫夹芯复合材料板的稳定性分析

整体屈曲是缝纫复合材料夹芯板的一种重要失效模式。考虑到缝纫夹芯复合材料板一般较厚且面板与芯层厚度相差较大, 缝纫工艺对夹芯板刚度影响较大的特点, 基于高阶剪切理论, 编制了缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性分析的有限元程序。利用该程序对多个算例进行了计算, 所得临界屈曲应力与文献及试验结果吻合很好。同时, 讨论了不同边界条件下缝纫泡沫夹芯复合材料板稳定性随缝纫参数(包括针距、 行距和缝纫针半径)以及结构参数(包括面板铺层角、 芯层厚度和缝纫夹芯板边长)的变化规律。      

Analytical determination of the ultimate strength of sandwich beams

An analytical determination of the ultimate strength of a typical GRP/PVC sandwich beam has been performed. These beams represent common building practise in marine applications. Equations describing the behaviour of a sandwich panel under beam loading and various failure modes have been developed. The method has been applied to predict the ultimate load for a simple supported sandwich beam. The critical loads have been compared with those from the experimental investigation of a typical bulkhead-to-hull GRP/PVC sandwich T-joint under pull out forces.     

多级三角形格栅夹芯板力学分析

为了提高点阵复合材料结构的轻质高强力学特征,尤其提高其抗屈曲性能,设计了一种新型的多级三角形格栅夹芯板结构。根据等效连续介质力学方法提出了多级三角形格栅夹芯板的等效计算理论,预测了拉伸主导型多级三角形格栅夹芯板结构的等效弹性模量以及等效抗弯刚度。分析了侧压条件下多级三角形格栅夹芯板的弹性屈曲载荷和强度破坏模式。在理论模型的基础上绘制了侧压条件下多级三角形格栅夹芯板结构的失效模式图,指出了结构破坏模式与多级三角形格栅夹芯板尺寸之间的对应关系。研究表明:具有工字型截面的多级三角形格栅夹芯板结构相比于传统矩形截面格栅结构具有更高的抗弯刚度和弹性屈曲载荷,是一种性能更加优越的轻质高强点阵结构。      

基于三维Puck失效准则及唯象模量退化的复合材料臂杆屈曲分析

针对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）臂杆结构在压缩和扭转载荷条件下屈曲与后屈曲问题,采用三维Puck失效准则和基于唯象分析的模量退化方法,同时考虑层合结构就位效应及沿纤维方向应力对横向强度的影响,建立了一种适用于考虑渐进失效CFRP结构的屈曲分析方法,并通过编写有限元软件ANSYS的USERMAT子程序进行了数值实现。与文献中实验结果的对比表明,上述方法能够分析复合材料结构的渐进失效过程和后屈曲承载特性,预测精度高。进而采用此方法,详细分析了某航天器臂杆结构在承受压缩与扭转载荷条件下的屈曲载荷及后屈曲特性。