复合材料层合板加载孔的应力和损伤分析

鉴于现有的分析复合材料层极中加载孔孔边外载的qcosθ分布的规律不能考虑复合材料各向异性的影响,本文提出了一个简单的可供工程使用的力学模型——组合结构模型,来计算加载孔孔边的外载分布和孔边应力分布规律,并进行了实验验证。同时,运用Rosen的刚度退化准则,对加载孔孔边的损伤过程进行了描述,并得到了和实验一致的结论。     

含孔损伤复合材料层合板固有频率研究

建立了舍圆形穿孔和方形穿孔损伤复合材料层舍板的有限元计算模型.随着开孔损伤尺寸的变化,计算出含圆形穿孔或方形穿孔损伤复合材料层合板的各阶固有频率.拟合出开孔大小和固有频率之间的关系,得到了层合板固有频率随孔的尺寸和形状变化规律.结果表明,随着损伤程度增加,层合板固有频率都将减小;方孔损伤层合板固有频率减小的幅度和速度都比圆孔损伤层舍板的大;小尺寸穿孔损伤对层合板固有频率的影响很小.     

复合材料开孔层合板的纤维铺放路径优化设计

本文以开孔平板的单向拉伸和销栓挤压为应用背景,提出了一种面向应用的复合材料构件CAE/CAM一体化纤维铺放路径优化设计方法。利用ANSYS有限元分析工具,根据复合材料构件的受力分析,按构件的主应力形式选用纤维类型、按主应力方向优化设计构件的纤维铺放路径,并按主应力大小设计纤维铺放密度,以充分发挥纤维复合材料性能,提高构件的强度和刚度。详细讨论了应用该方法所涉及的建模、网格划分、理论铺放路径生成和实际铺放路径修正等相关技术。     

埋置元件复合材料层合板的分层损伤

通过对含与不含薄膜埋置元件复合材料层合板的拉伸和层间韧性的力学性能表征,探讨影响埋置元件结构完整性的一些关键因素。利用ABAQUS有限元软件,基于断裂力学用以研究裂纹扩展问题的虚拟裂纹闭合技术(VCCT),建立了在拉伸荷载作用下层合板分层起裂和扩展过程的数值模拟方法。在模拟分析中,考虑了裂纹萌生位置对分层扩展规律及结构强度的影响,并与实验结果比较,验证了本方法的合理性和有效性。     

复合材料层合板裂纹诊断的实验研究

裂纹是复合材料层合板的主要损伤类型之一,也是造成复合材料层合板失效的主要原因。复合材料层合板发生裂纹损伤时,其内部能量结构发生变化,这些变化对外可表现为动态特性发生显著变化。因此,分别研究层合板在健康状态下和裂纹损伤状态下的动态特性,就可以分析建立裂纹损伤的诊断知识规则。     

复合材料层合板冲击损伤等效模型研究

复合材料层合板在冲击载荷作用下极易造成分层损伤,导致结构强度大幅下降,严重削弱承载能力,因此复合材料层合板的低速冲击损伤和剩余强度评估对保证飞机复合材料结构的安全性至关重要。本文研究了两种不同的计算复合材料层合板冲击后剩余强度的工程评估方法。一种是改进的基于Whitney-Nuismer准则的层合板剩余强度评估方法,另一种是基于同心圆损伤等效的层合板剩余强度工程算法。最后通过算例验证了两种方法的准确性,并对计算结果进行讨论。     

复合材料层合板雷击损伤数值模拟研究

复合材料导电性差,雷击损伤严重危及到复合材料飞机结构安全。研究建立了复合材料层合板雷击损伤数值模拟的三维有限元模型。首先给出雷击电流作用下复合材料层合板的热-电耦合控制方程,然后建立基于层合板温度分布的单元失效和材料热电性能衰减准则,通过ABAQUS有限元软件的热电耦合分析模块中添加用户子程序USDFLD实现复合材料层合板雷击损伤数值模拟。预测结果与试验结果对比表明,该模型可准确预测复合材料层合板雷击损伤的损伤形状、面积和深度。     

复合材料层合板损伤容限敏感性参数研究

本文针对碳纤维增强复合材料层合板冲击下的损伤容限参数敏感性进行分析.对复合材料层合板损伤容限的影响参数、纤维角度、铺层顺序、层合板厚度、冲击速度和冲击角度等进行冲击损伤仿真,采用蔡-吴强度准则评价层合板冲击的剩余强度,并对各参数影响的敏感性排序,确定纤维角度和铺层顺序为复合材料层合板冲击下损伤容限的敏感参数.     

脆性夹心复合材料层合板冲击损伤研究

通过冲击损伤试验，揭示了脆性夹心复合材料层合板的损伤机理，并提出了用于此类结构材料剩余强度预测的一套工程计算方法。     

复合材料层合板冲击损伤剩余强度分析

民用飞机复合材料结构设计时必须考虑复合材料层合板的冲击损伤.通过试验测量和数值模拟两种方法分析碳纤维增强复合材料层合板低速冲击损伤后的剩余压缩强度,试验采用标准试验规范进行测量,数值模拟分析采用层内渐进损伤模型和层间Cohesive模型模拟分析层合板冲击损伤以及剩余压缩强度.数值模拟与试验结果对比表明,该数值模拟分析方...     

复合材料层合板损伤区域扩展全过程分析

对碳纤维NCF层合板进行了2组准静态压痕试验。第1组采用不同的压头尺寸探究不同压头直径对层合板损伤区域和面积的影响;第2组进行固定压头尺寸的重复试验,使用非接触空气耦合超声波扫描试样损伤情况,研究静压痕力、凹坑深度、损伤面积三者之间的联系。利用Abaqus有限元软件,根据Hashin准则和内聚力单元的结合,对第2组层合板准静态压痕试验进行全过程的损伤扩展分析。分析结果表明,基体拉伸的破坏是层合板最容易出现的破坏,而且其损伤区域涵盖了其他4种损伤区域。凹坑深度与损伤面积存在一定联系,试验开始阶段凹坑增加速度缓慢,损伤面积增加速度较快;接近极限载荷时,凹坑深度增加速度加快,损伤面积增加速度减缓。     

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。     

CFRP层合板力学性能影响因素研究

碳纤维增强复合材料是一种轻量化材料,在汽车工业具有广泛的应用前景。CFRP层合板作为碳纤维增强复合材料的一种常用形式,其力学性能与铺层设计息息相关。采用有限元仿真与物理实验相结合的方法,研究了碳纤维蒙皮与芯材对CFRP层合板力学性能的影响规律。结果表明,有限元仿真与三点弯曲实验结果吻合度较高;蒙皮对层合板性能的影响主要表现为:增加蒙皮厚度可减小层合板受载时的变形量,采用非对称铺层方式可提升层合板的承载能力;芯材对层合板性能的影响主要表现为,选用竖直方向上压缩强度高的铝蜂窝,并在一定范围内增加芯材厚度,可提高层合板的刚度。     

准静态压痕作用下复合材料层合板损伤阻抗与损伤容限实验研究

参照标准实验方法,开展了复合材料层合板对准静态压痕力的损伤阻抗和损伤容限实验研究,获取了接触力、压痕深度、压头位移等实验数据,并对含静压痕损伤层合板进行了剩余压缩强度试验。研究了压痕深度-接触力与剩余压缩强度-压痕深度的变化关系,并讨论了准静态压痕过程中的损伤演变过程和层合板的压缩破坏模式。结果表明:当层合板表面出现目视勉强可见压痕时,初始损伤发生,压痕深度随接触力增大而明显增大,同时剩余压缩强度随压痕深度增加而明显降低;当达到最大接触力时,层合板失去承载能力,背面可看到大量纤维断裂。对于含静压痕损伤的层合板,压缩破坏模式为贯穿损伤区域的层合板断裂。     

含孔损伤平面编织层合板固有频率研究

本文对一端固支舍圆形孔损伤平面编织层合板的固有动力特性进行了试验研究.基于MSC.Patran建立了含圆形孔和椭圆孔损伤平面编织层合板的有限元模型,研究了圆孔损伤和椭圆孔损伤的损伤尺寸对一端固支纤维双向层合板固有频率的影响规律.试验结果表明,有限元方法得到的舍圆孔损伤层合板固有频率与试验值吻合较好;圆形穿孔和长轴平行于试件长度方向椭圆形穿孔损伤对平面编织层合板各阶固有频率的影响规律相同;在椭圆穿孔损伤尺寸小于一定值或偏心率较小时,可用圆孔来估算椭圆形穿孔损伤和结构设计开孔对结构固有频率的影响.为开口复合材料结构件的设计以及含孔损伤复合材料结构件的维修设计提供依据.     

复合材料层合板的优化设计

本文提出的复合材料层合板的优化设计模型,不仅考虑了层合板面内宏观物理特性,而且考虑了裂纹尖端损伤等因素,用面内弹性模量和用裂纹尖端周围奇异元素内高斯点应力平均值表示的Tsai-Hill准则分别作为设计空间的约束函数和目标函数。用非线性程序SUMT法确定最佳铺设方向。给出了具体算例。     

基于协同优化的CFRP层合板设计

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板是碳纤维复合材料产品设计过程中常用的一种结构形式,其弹性性质很大程度依赖于铺层方式和芯材厚度。基于经典层合板理论,提出了多层次协同优化的方法,利用Matlab数学软件寻优求解和Abaqus有限元软件模拟仿真的方法对层合板进行优化设计,最后通过物理实验对层合板优化结果进行分析验证。结果表明,增加铝蜂窝夹芯厚度可以大幅提升层合板弯曲刚度,有效减少碳纤维层的铺层数,降低制造成本;将0°层尽可能置于远离中面的位置可在不改变层合板质量的同时有效提升层合板弯曲刚度,使材料利用率达到最大化。     

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。     

复合材料层合板强度界限

本文提出了复合材料层合板强度上下限的概念，给出了层合板强度上下限的计算方法，并以复合材料单向板的强度准则的为基础，对一些特殊铺层的层合板在几种受力状态下的强度限进行了讨论。