复合材料多墙式结构非线性稳定性分析

多墙式结构是用整体的蒙皮腹板结构替代传统的蒙皮加筋结构。它可以降低翼面高度,减轻重量,提高结构效率。当前特别需要一种关于复合材料多墙结构的分析计算方法。本文作者在层合板非线性稳定理论的基础上,针对多墙结构这一具体结构形式,采用刚度等效方法,建立了相应的本构方程和非线性稳定性控制方程组,并对其进行数值求解,得到各种边界条件下和面内载荷下的总体和局部失稳临界载荷。通过分析验证,计算结果可以很好地满足工程精度要求。      

复合材料高速船极限承载能力计算与可靠性分析

本文探讨复合材料高速船极限承载能力与可靠性。将Johnson梁柱极限强度公式推广应用于复合材料帽形加筋板格的极限强度分析,船体失效定义为船体所遭受的总纵冲击弯矩超过甲板/船底帽形加筋板格的极限强度。采用响应面法分析了复合材料高速船船体的可靠性,并计算了各随机变量的重要性因子和不确定性因子。文中给出的结论对复合材料高速船船体设计和进一步研究具有参考意义。     

复合材料累积破坏承载能力的预测

分析和总结了沿纤维方向单轴拉伸时复合材料的破坏机理,提出了一种复合材料应力－应变行为的预测方法,并通过树脂基复合材料的拉伸破坏试验,对此方法进行了验证。     

复合材料整体化多墙盒段渐进式失效分析和试验验证

为准确预测复合材料盒段的损伤起始和破坏过程,针对复合材料整体化多墙盒段研究了考虑材料失效的渐进损伤有限元分析技术。首先基于ABAQUS软件,利用标准试验获得的材料力学性能建立了盒段渐进损伤分析模型,分别采用三维Hashin失效准则和平方应力失效准则作为复合材料层板和连接界面的失效判据;然后,基于该模型完成了复合材料整体化多墙盒段后屈曲承载能力的求解,并利用破坏试验对分析模型进行验证。结果表明:结构承载能力和应力的有限元分析结果与试验值吻合良好,预测的失效模式也与试验结果一致,屈曲载荷和承载能力误差在5%以内。所得结论表明考虑层板失效和界面脱粘的分析模型能有效模拟整体化多墙盒段的破坏过程。      

砖墙与钢筋砼墙组合结构弯曲对砖墙承载能力的影响

本文采用有限元分析方法，对砖墙与钢筋砼墙组合结构在水平与竖向荷载共同作用下的弯曲影响进行了探讨，并与多层砖房的弯曲影响进行了比较，分析结果表明，设置有钢筋砼墙的榀，由于钢筋砼墙具有较好的抗弯能力，则对相应砖墙的弯曲影响有所减弱。在分析研究砖墙与钢筋砼墙组合结构弯曲影响特点和规律的基础上，建议了考虑砖墙与钢筋砼墙组合结构弯曲影响的方法。     

复合材料多墙盒段的设计与后屈曲性能

采用商业有限元软件ABAQUS对盒段的后屈曲承载能力进行了分析,重点研究了在弯扭载荷条件下后屈曲诱发的盒段蒙皮/缘条界面的失效问题。在此基础上,采用缝线对墙缘条与蒙皮的界面进行增强,应用粘接元模拟缝线,研究缝线对复合材料多墙盒段的破坏模式和承载能力的影响,并对缝线增强后的盒段的承载能力进行了试验研究。有限元分析表明,复合材料多墙盒段具有较长的后屈曲历程,采用缝线增强技术能够明显改善盒段的后屈曲承载能力,预测结果与试验值吻合良好,而且预测的失效模式也与试验结果一致。     

纤维增强复合材料波纹蒙皮基体的承载能力

本文以一种可作为变体机翼蒙皮的复合材料波纹结构为对象,研究了其横向承载能力,为其结构参数优化提供理论基础。提出了一个理论分析模型,计算了试件横向的抗弯刚度及三点弯曲载荷下的挠曲线,并计算了同等材料厚度、宽度的平板结构的抗弯刚度,比较发现,波纹结构在纵向有远大于平板结构的承载能力。模仿蒙皮实际受载情况,计算了均布载荷作用下波纹试件弯曲的挠曲线方程。制作了波纹基体承载试件及平板试件,用三点弯曲法对两种试件进行了弯曲测试,测试结果表明,在弯曲的弹性变形段内,理论计算值与测试值基本吻合,误差小于10%,证明了理论分析模型的正确性。     

聚甲醛多元复合材料的力学性能和承载能力

用转矩流变仪共混模压成型方法制备了Ekonol/G/MoS2/POM复合材料,对复合材料的力学性能(含拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和压缩强度)进行了测试,并对复合材料的承载能力进行了研究。结果表明在固体润滑剂含量一定时,Ekonol的加入使POM多元复合材料的压缩强度提高,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度有所降低,但并不防碍其作为结构零件使用;当Ekonol含量为20%(质量分数)左右时,复合材料的PV极限值比POM提高15%,具有较为理想的综合力学性能。     

GBJM方法的改进及其在含钉群复合材料结构钉载分配和承载能力分析中的应用

为了分析含钉群复合材料结构的钉载分配及承载能力问题,首先对Globle Bolted Joint Model(GBJM)方法进行了改进,然后采用改进的方法对复合材料多钉连接结构的钉载分配和承载能力进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明:当孔边复合材料未出现损伤时,该方法对多钉载荷分配的预测和试验结果比较接近;而对结构承载能力的预测,该方法偏于保守,比试验结果约低15%。同时该方法具有两个显著优点:一是计算结构钉载分配时效率高,和三维有限元模型相比提高约75%;二是能够对含钉群复合材料结构的失效载荷进行有效的预测。     

聚苯胺接枝多壁碳纳米管复合材料的结构与性能研究

多壁碳纳米管(MWNTs)经对苯二胺功能化后,通过原位聚合及去掺杂反应,首次制备了能在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中稳定溶解的本征态聚苯胺(EB)接枝MWNTs(EB-g-MWNTs)复合材料。复合材料中EB与p-MWNTs通过酰胺键连接,形成以p-MWNTs为核、EB为壳的纳米结构,并且EB的结构规整度提高;当该复合材料溶解在NMP中时,溶解度为33.72mg/mL,稳定性好,至少可保存1个月。     

二氧化锆梯度复合羟基磷灰石生物材料的制备及其生物相容性

采用干铺2烧结法制备了一种以二氧化锆(ZrO₂ ) 为基体梯度复合羟基磷灰石( HAP) 的新型生物复合材料, 并对其力学性能、微观结构和生物相容性进行了研究。用扫描电镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、透射电镜( TEM) 和EDAX 能谱仪对粉体和复合材料进行分析。用复合材料的浸提液进行小鼠急性毒性试验、细胞毒性试验、体外溶血试验以及兔肌肉和骨内材料植入试验, 评价复合材料的生物相容性。研究结果表明, 复合材料的表面涂层厚度约80μm , 芯部基体组织与表面均匀过渡结合, 结合良好, 没有明显界面, 涂层结合强度为15. 1 MPa ,最大弯曲强度为1112. 24 MPa , KIC为7. 3～11. 4 MPa·m1/2 。其组织相容性好, 具有良好的骨传导作用, 促进骨组织生长, 是一种较理想的新型骨科植入材料。      

Optimization of passively damped composite structures

The paper considers a technique for the optimal design of structures made of viscoelastic materials with the purpose of reducing vibration amplitudes at dynamic loads. __________ Translated from Problemy Prochnosti, No. 5, pp. 128–134, September–October, 2006. Report on International Conference “Dynamics, Strength, and Life of Machines and Structures” (1–4 November 2006, Kiev, Ukraine).     

On refined nonlinear theories of laminated composite structures with piezoelectric laminae

In this paper geometrically nonlinear theories of laminated composite plates with piezoelectric laminae are developed. The formulations are based on thermopiezoelectricity, and include the coupling between mechanical deformations, temperature changes, and electric displacements. Two different theories are presented: one based on an equivalent-single-layer third-order theory and the other based on the layerwise theory, both of which were developed by the senior author for composite laminates without piezoelectric laminae. In the present study, they are extended to include piezoelectric laminae. In both theories, the electric field is expanded layerwise through the laminate thickness. The dynamic version of the principle of virtual displacements (or Hamilton’s principle) is used to derive the equations of motion and associated boundary conditions of the two theories. These theories may be used to accurately determine the response of laminated plate structures with piezoelectric laminae and subjected to thermomechanical loadings.     

新颖圆形多胞复合填充结构的耐撞性

提出一种新颖的圆形多胞复合填充结构,该结构采用蜂窝和泡沫两类材料的交错复合填充。采用实验验证与数值研究相结合的方法,系统地研究了蜂窝和泡沫材料在全填充、部分填充及交互填充结构中的耐撞性。研究结果表明,针对单一材料填充的多胞圆管,部分填充结构比全填充结构具有更好的耐撞性能,其中,环形蜂窝填充结构（H40）和中心泡沫填充结构（F01）具有更优异的能量吸收特性。针对双材料复合填充的多胞圆管,则是中心泡沫填充与环形蜂窝填充的复合结构（F01H40）具有最佳的耐撞吸能性。最后,进一步结合Kriging近似技术与粒子群数值优化方法,对复合填充结构进行多目标优化设计,探索其最优耐撞性与最优参数匹配。结果表明,环形蜂窝部分填充结构（H40）、中心泡沫填充与环形蜂窝填充的复合全填充结构（F01H40）具有最优的耐撞性能。     

双稳态复合材料层合结构的黏弹性模型

为探明双稳态复合材料层合结构在复杂环境条件下的应用,对双稳态复合材料层合结构的黏弹性行为进行了研究。首先,将纤维简化为弹性材料,考虑基底材料的黏弹性行为。然后,根据纤维和基底的材料属性,通过理论分析得到了双稳态复合材料层合结构的黏弹性材料属性;根据经典层合板理论、最小应变能原理和Maxwell黏弹性模型建立了双稳态复合材料层合结构的黏弹性模型,通过理论分析得到其第二稳态主曲率与扭曲率随加载时间和温度的变化关系。同时,利用有限元软件ABAQUS及其子程序UMAT建立了相应的有限元模型,研究了加载时间和温度对层合结构第二稳态性能的影响。理论与模拟结果均表明:层合结构第二稳态主曲率随加载时间的延长和温度的升高而增大;扭曲率随加载时间的延长而减小,一般情况下随温度的升高而增大,但在加载时间较长且温度较高时,可能会出现扭曲率随温度升高而减小的情况。理论计算结果与有限元模拟结果的比较显示两者吻合较好,可以通过有限元模拟对双稳态复合材料层合结构的黏弹性行为进行研究。      

基于激光跟踪仪的复合材料构件成型模具检测

介绍基于激光跟踪仪的复合材料构件成型模具的检测方法,分析产生测量误差的主要原因,并提出相应的解决方法。     

Design optimization of laminated composite structures using distributed grid resources

Parameter studies, genetic algorithms and Monte Carlo type calculations are examples of pleasantly parallel computational tasks. Pleasantly parallel computational tasks can be effectively calculated in computer clusters or grids. In this work, we consider a weight minimization problem of a laminated composite structure in the post-buckling region. The design variables are the number of layers and the layer orientations given in a discrete set of allowable angles for layer orientations. Optimization is carried out using a deterministic search process, where the lay-up configurations are generated iteratively in the design space from the selected design points of the population at the preceding cycle. Computation is performed using NorduGrid grid computing platform. In this work, we briefly go through some general grid concepts and the use of grid in optimization of laminated composite structures.     

Current research in composite structures at NASA’s langley research center

Research on the mechanics of composite structures atnasa’s Langley Research Center is discussed. The advantages and limitations of special purpose and general purpose analysis tools used in research are reviewed. Future directions in computational structural mechanics are described to address analysis short-comings. Research results on the buckling and postbuckling of unstiffened and stiffened composite structures are presented. Recent investigations of the mechanics of failure in compression and shear are reviewed. Preliminary studies of the dynamic response of composite structures due to impacts encountered during crash-landings are presented. Needs for future research are discussed.