Z-pins对层合复合材料非对称分层增韧作用参数分析——Ⅰ型层间韧性

假设纤维Z-pins的桥联力与嵌入厚度成正比,建立适于非对称分层(分层位于层合板厚度方向上的任意位置)的Z-pin细观力学模型并构造相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含浅部分层采用Z-pins增韧的双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)有限元模型,并在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在分层前缘处的相互嵌入。通过数值算例分析了Z-pins对含非对称分层的DCB试件Ⅰ型层间韧性的增强作用。参数分析表明,当分层位置靠近层合板的表面时,Z-pins的增韧作用明显下降,其较薄分层子层的厚度是决定Z-pins对Ⅰ型层间韧性增强效果的关键参数。     

Z-pins几何分布对其增强复合材料双悬臂梁Ⅰ型层间韧性的影响

复合材料Z-pinning 增强技术通过在层合板内嵌入体分比小于5 %的Z-pins , 能大幅度提高层合板的层间断裂韧性, 减少因低能量冲击所产生的分层损伤。本文作者基于细观力学模型, 构造了相应的Z-pin 单元; 结合梁单元, 建立了用于分析含Z-pins 的双悬臂梁(Double cantilever beam , DCB) 的有限元模型; 在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2 个分层子梁在分层前缘处的相互嵌入。通过数值算例分析了Z-pins 对层间韧性增强效果的影响及其原因。数值计算结果表明, Z-pins 的几何分布对其增强层间韧性的影响相对较小。      

树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响

制备了国产CCF800H碳纤维增强环氧树脂基复合材料,通过调控环氧树脂中的热塑性增韧树脂含量,探索热塑性树脂增韧颗粒含量对复合材料Ⅱ型层间断裂韧性的影响,结果表明,在碳纤维对增韧剂颗粒的过滤效应下,热塑性树脂增韧颗粒会在复合材料层间富集,并且随着热塑性树脂增韧剂含量增加,复合材料层间厚度增大.随热塑性树脂增韧剂含量增加,在层间树脂基体韧性及层间高韧树脂厚度增大的共同作用下,复合材料Ⅱ型层间断裂韧性逐步提升.     

Z—pins几何分布对其增强复合材料双悬臂梁I型层间韧性的影响

复合材料z—pinning增强技术通过在层合板内嵌人体分比小于5％的z—pins，能大幅度提高层合板的层间断裂韧性，减少因低能量冲击所产生的分层损伤。本文作者基于细观力学模型，构造了相应的z—pin单元；结合梁单元，建立了用于分析含z—pins的双悬臂梁（Double　cantilever　beam，DCB）的有限元模型；在分层裂纹面上引人接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在分层前缘处的相互嵌人。通过数值算例分析了z—pins对层间韧性增强效果的影响及其原因。数值计算结果表明，z—pins的几何分布对其增强层间韧性的影响相对较小。     

基于界面单元的复合材料Ⅱ型层间损伤分析

为了研究复合材料层间损伤, 建立了一种新型零厚度界面单元模型, 可以准确地预测复合材料Ⅱ型层间分层扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入, 并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序(VUEL)中实现, 采用显示积分方法求解, 不存在收敛性问题。将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料CCF300/5428端部缺口弯曲试验(ENF)模拟分析中, 结果表明, 此界面单元模型能够准确模拟复合材料层板Ⅱ型裂纹扩展, 为复合材料层间损伤分析提供了一种有效的方法。     

复合材料层板层间缺陷分析——剪切滑移

根据三维弹性平衡方程和层间剪切滑移条件,导出了一个复合材料层板层间剪切滑移模型。本文模型具有一般形式的二维板壳理论的位移场及其平衡方程,但因引入了能反映层板界面粘贴情况及板面条件的剪切变形函数,模型因而简单又精确。层板的弯曲问题和屈曲问题被考虑,层间弱粘贴的影响被讨论。数值结果与精确解比较,表明了本文模型的高精度。      

折线型截面复合材料层合梁弯曲性能预测与分析

基于各向异性复合材料层合板弹性理论,研究空间折线型复合材料层合梁弯曲性能计算方法。首先推导了考虑铺层设计的翼缘板和腹板在局部坐标系下的刚度矩阵和本构关系,然后通过平行移轴原理建立折线型复合材料层合梁的整体抗弯刚度理论计算公式,在此基础上求出结构在竖向荷载作用下的挠度值。有限元与理论值对比表明本文的理论计算公式有较好的精度。此外,还分析了翼缘与腹板水平夹角及纤维纵横向铺层比对层合梁挠度的影响。结果表明:结构的挠度随夹角的增大而减小,且夹角越大理论值与有限元值越接近,而纤维纵横向铺层比的变化对结构挠度影响几乎可以忽略。该弯曲预测方法可用于计算Z型、槽型、工字型等空间折线型截面复合材料层合梁刚度和位移。     

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。      

缝合复合材料II型层间断裂特性研究

分别采用测量ENF试样加载点位移与测量其端部剪切位移CSD(Crack Shear Displacement)的试验方法,研究了缝合复合材料层合板的II型层间断裂韧性以及缝合密度,缝合线的直径等缝合参数对于缝合复合材料层合板II型层间断裂韧性和分层模式的影响。结果表明,缝合降低了层合板初始分层韧性G_IIi,但对于分层的扩展有良好的抑制作用。缝合参数对此有较大影响。      

复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性

本文采用铰链式双悬臂梁试件对碳/双马来酰亚胺复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性进行了研究,分析比较了层间断裂韧性G_IC的表达方法,用三次多项式和幂函数拟合实验柔度的方法得到的结果比较满意,实验结果表明纤维桥连对单向层合板的G_IC的影响是显着的,用刀片切割桥连纤维后G_IC值下降百分之二十,分散性也有显着下降。另外发现G_IC值随试件厚度增加而增大。      

复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性

本文采用铰链式双悬臂梁试件对碳/双马来酰亚胺复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性进行了研究,分析比较了层间断裂韧性G_IC的表达方法,用三次多项式和幂函数拟合实验柔度的方法得到的结果比较满意,实验结果表明纤维桥连对单向层合板的G_IC的影响是显着的,用刀片切割桥连纤维后G_IC值下降百分之二十,分散性也有显着下降。另外发现G_IC值随试件厚度增加而增大。     

复合材料层合梁非对称分层问题的解析解法

根据叠加原理将含有非对称分层的复合材料层合梁在横向载荷作用下的受力状态分解为对称和反对称情况,再将反对称受力状态分解为无分层梁受反对称横向载荷状态与含分层梁在分层表面承受附加剪切载荷状态。将分层问题归结为在附加载荷状态中,层合梁附加位移与附加应力的分析,并据此建立了一个简单的力学模型。最后,根据工程梁理论得到了由分层引起的附加位移与应力的解析解答,利用能量释放率方法确定了应力强度因子,计算分析了分层区长度与层板厚度对附加位移的影响。      

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据;这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.     

PEI纳米纤维层间增韧碳纤维环氧复合材料性能研究

基于聚醚酰亚胺优越的力学性能和纳米纤维膜高比表面积、高孔隙率的特性,利用气泡静电纺丝工艺制备不同厚度的纳米纤维膜改善碳纤维环氧复合材料的层间韧性。结果发现不同膜厚度增韧的双悬臂梁(DCB)试件的I型层间断裂值(GIC)均有所提高,特别是膜厚为0.058±0.007 mm时,层合板的增韧效果最好,比未增韧试件提高了114.55%。通过复合材料层间断裂界面的SEM照片证实了纳米纤维膜在界面处通过桥联约束效应及钉锚作用有效提高了复合材料的层间断裂韧性。     

聚酰亚胺颗粒层间增韧碳纤维/邻苯二甲腈树脂复合材料

邻苯二甲腈树脂是一种新型的高性能热固性树脂,具有优良的力学性能和耐高温性能,而邻苯二甲腈树脂本身的脆性限制了其用作结构材料方面的应用.本文采用热塑性聚酰亚胺(PI)颗粒对邻苯二甲腈树脂复合材料进行层间增韧改性,研究改性前后复合材料的耐热性能和力学性能.研究发现,使用PI对邻苯二甲腈复合材料进行改性时,随着掺入量的增加,...     

试件厚度对超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的影响

通过不同厚度超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）试件的四点弯曲试验,研究了厚度对其弯曲性能的影响,并通过理论量纲分析做了进一步解释。结合ASTM C 1609标准,提出了以单位塑性铰区体积的能量消耗Tv为参数的韧性评价方法。试验结果表明：不同厚度试件的名义弯曲应力-弯曲应变曲线与裂缝宽度变化曲线几乎重合;挠度随厚度增大...     

超细纤维增强复合材料Ⅰ型层间断裂韧性分析

采用静电纺丝技术制备了厚度约0.1mm的超细纤维无纺布薄膜, 并入层合板中间界面, 固化成型后加工为双悬臂梁(DCB)试样。根据ASTM D5528标准测试了 Ⅰ 型层间断裂韧性。实验结果表明, 增强试样比空白试样的 Ⅰ 型临界应变能释放率(G_{Ⅰ C})提高了约35％。同时采用有限元分析方法研究了含无纺布薄膜试样和空白试样的裂纹扩展过程, 数值结果与实验结果吻合较好, 更好地解释了含无纺布薄膜层合板的层间断裂机理。      

短纤维层间增韧的三维有限元分析

层间短纤维强韧化是复合材料层合板层间增韧的有效途径之一。采用三维非线性有限元方法分析了层间短纤维强韧化复合材料层合板的分层扩展问题,探讨其影响因素。以混合模式下通用裂纹扩展的能量准则作为分层扩展判据,通过虚拟裂纹闭合技术计算分层尖端能量释放率。用节点双编号和单元生死技术模拟分层扩展。采用弹簧单元模拟层间短纤维作用,通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力。采用GAP元处理分层区的接触非线性问题。分析了分层区桥联力对层间应力场、位移场以及分层扩展的影响。研究结果表明,层间短纤维有效延缓了分层扩展,增韧效果明显。