基于数字图像相关方法的复合材料层间剪切性能研究

层间剪切强度是评价复合材料层合板层间力学性能的一项重要指标。首先,按照ASTM D 2344开展了复合材料层合板短梁剪切试验,研究了CCF300/5228复合材料层合板层间剪切性能。其次,基于数字图像相关方法得到了不同载荷作用下层间全场位移和应变分布。最后,利用ABAQUS建立了复合材料层合板有限元模型,分析了复合材料层合板层间位移及应变分布,并与数字图像相关计算结果进行了对比。研究表明,数字图像相关方法试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。数字图像相关方法能够实时监测层合板层间应变分布,进而预测层间剪切破坏位置,为复合材料层间剪切性能研究提供有效的全场应变监测手段。     

复合材料层合板静压痕试验及全过程数值分析

复合材料层合板在静压痕力作用下主要发生层间分层、基体开裂、基体压缩破坏、纤维断裂和纤维压坏这几种损伤模式。本文利用ABAQUS有限元程序,对在静压痕力作用下的复合材料层合板建立一个基于Hashin强度准则的全过程模型,并对各层各单元进行损伤演判。利用有限元模型对碳纤维NCF材料层合板在静压痕力作用下的荷载-位移曲线进行预测,并模拟层合板的损伤全过程,以及预测凹坑深度与静压痕力的关系曲线。对层合板进行静压痕试验,测试复合材料层合板在静压痕力作用下的荷载-位移曲线,并在试验过程中用凹坑深度仪测量层合板的凹坑深度。将数值模拟与试验结果比较,两者结果较为吻合。     

修复对含分层损伤复合材料层合板振动特性的影响

本文工作是通过对含不同大小分层层合板结构分析,讨论拉伸和剪切修复刚度对含层间分层损伤复合材料层合板振动特性的影响.基于修补分层损伤结构变形特点,将含损层合板的基板、上子板和下子板采用Mindlin板单元离散,而损伤区修复效应以虚拟连接单元模拟,建立相应的有限元分析模型和计算方法.通过对含损层合板的振动分析,讨论并验证本文提出的修复分层损伤模拟连接单元模型的可能性和正确性,依据拉抻和剪切修复刚度对含损层合板固有频率的分别影响与综合影响,得到对分层损伤复合材料层合板修补的指导性原则.     

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。     

基于模态应变能理论的风机叶片结构损伤辨别仿真

为解决风机叶片在多种损伤工况下的结构损伤识别问题,采用一种模态应变能变化率和BP神经网络结合的分步判别方法。首先利用ANSYS软件建立风机叶片的结构模型,选取模态应变能变化率作为检测结构损伤的特征参数;然后分别在单损伤与多损伤工况下,通过比较损伤前后各单元的模态应变能变化初步定位损伤;最后通过BP神经网络精确判定损伤状态,辨别叶片的损伤位置和程度。结果表明,通过比较各单元模态应变能变化率,可以有效实现损伤的初步定位,利用BP神经网络可以准确诊断出叶片损伤位置和程度。这种方法对同一单元不同程度损伤、同程度多损伤等多种损伤工况均有良好的识别效果。     

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...     

基于模态应变能变化率法的Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别

基于模态应变能,本文提出Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别方法。首先利用有限元方法计算Euler-Bernoulli功能梯度梁的单元刚度矩阵和振型模态参数,然后计算单元刚度矩阵与振型的二次积,即得单元模态应变能。在此基础上,根据单元模态应变能损伤前后的变化,给出Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤指标。通过数值算例,验证了Euler-Bernoulli功能梯度梁的损伤识别方法的有效性。数值结果表明,提出的损伤指标能够很好地识别出梁的损伤单元。     

基于动力有限元分析和神经网络技术的含分层复合材料层合板的损伤诊断

本文基于作者提出的含层间分层损伤层合板的动力有限元分析模型和方法,计算了分层长度和位置对含层间分层损伤层合板结构的固有频率的影响,然后应用MATLAB的神经网络工具箱建立了人工神经网络,通过典型结构的仿真结果比较,证明了采用有限元动力分析和BP网络技术相结合的方法是一种可用于复合材料层合板的分层损伤诊断的有效方法.     

含预置分层复合材料层合板低速冲击损伤分析

以T300/QY8911碳纤维复合材料层合板为研究对象，利用三维Hashin失效准则对层内损伤进行预测，引入Cohesive界面单元模拟层间分层破坏，使用Camanho刚度退化准则确定材料参数退化方案，并编写了用户材料子程序Vumat，利用ABAQUS软件对预置不同分层损伤复合材料层合板低速冲击过程进行了数值仿真模拟。在冲击载荷作用下研究层合板的动力学响应，得到不同预置分层对层合板总分层损伤面积的影响，同时分析了冲击过程中冲击点位移随时间变化的规律。结果表明：预置分层位置离层合板中间层越远，层合板抵抗冲击承载能力越弱。预置分层的分层数目越多，层合板的刚度越低，层合板抵抗冲击承载能力越弱。在预置分层的两侧，层间分层损伤面积呈塔状分布。含预置分层层合板受到冲击时，预置分层对分层损伤的扩展具有一定的抑制作用。     

复合材料加筋层合板准静态压痕实验研究及数值分析

利用ABAQUS有限元程序所建立了一种基于用户子程序USDFLD和Hashin强度准则的复合材料损伤计算模型,用该模型对复合材料加筋层合板在静压痕力作用下主要发生的纤维拉伸破坏、纤维微屈破坏、基体拉伸破坏、基体压缩破坏、层间拉伸破坏、层间压缩破坏这几种基本损伤模式进行分析。对复合材料加筋层合板在静压痕力作用下进行损伤全过程数值研究,利用该有限元模型预测复合材料层合板静压痕力作用下的荷载-位移曲线以及凹坑深度与静压痕力的关系曲线。数值仿真与实验结果吻合较好,表明该损伤模型方法的可行性。复合材料层合板加筋后拐点处的凹坑深度明显加大,达到0.84mm。通过对加筋板的刚度和强度失效规律的分析,为进一步的复合材料格栅加筋结构(如飞机结构中复合材料后压力框)的性能分析提供参考。     

基于ANSYS的复合材料层合板的拉伸失效模拟

基于ANSYS的APDL语言开发复合材料层合板的拉伸失效模块,实现有限元分析的参数化建模和累积失效分析.采用Solid64宴体单元建立复合材料层合板的三维模型,依据改进的三维Haisin失效准则对结构单元进行失效判断,并对失效单元进行刚度退化.当失效单元贯穿所有单层时,复合材料层合板结构彻底失效.通过对铺层方式为[0/45/-45/90]s复合材料层合板结构拉伸模拟,探讨其拉伸破坏形式,得到层合结构的最终拉伸强度,并把其拉伸强度与文献实验结果进行对比,得到的结果与实验一致.该方法简便直观,便于工程运用.     

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。     

基于模态柔度曲率改变率复材简支梁结构损伤识别研究

利用复合材料梁的模态柔度曲率改变率MFCI探讨复合材料无损检测方法,应用有限元软件ABAQUS模拟出有损和无损复合材料梁的固有频率和各节点振型位移值并计算出模态柔度曲率改变率值,进而检测出复合材料损伤位置。以检测含不同脱层损伤复合材料简支梁为算例,结果表明在检测复合材料简支梁时,无论是单点脱层损伤还是多点脱层损伤以及脱层损伤大小程度,该方法都能准确检测出含脱层损伤区域的位置,证明了模态柔度曲率改变率法对判断含层间损伤复合材料梁有显著效果。     

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。     

复合材料层合板三点弯曲分层损伤有限元模拟

针对复合材料的分层损伤,在有限元软件ABAQUS中引入了双线性粘结域单元层建立有限元模型,模拟分析了分层的起始以及演化,同时研究了粘结域单元尺寸及粘结域单元和层合板单元损伤退化参数最大值对分析结果的影响,最终选定0.2 mm的粘结域网格单元与损伤退化参数分别为0.98和0.97的粘结域单元与层合板单元,得到了层合板不同位置分层损伤起始及损伤扩展,并通过实验测试验证了模拟结果的准确性。     

功能梯度经典梁损伤识别模态应变能变化率法的抗噪音性能研究

针对功能梯度经典梁,研究损伤识别的模态应变能变化率方法的抗噪音性能。基于有限元商用软件ABAQUS计算平台,计算功能梯度经典梁自由振动模态参数,并加入一定水平的噪音。用这些含噪音的模态参数仿真实际测量值。模态参数测量噪音模型采用高斯分布模型,并比较了计算噪音水平的三种计算方法。通过数值算例,分析测量噪音对功能梯度经典梁损伤识别的影响。从损伤识别结果可以发现,在1%、2%和5%的噪音水平情况下,均能很好地识别出梁的损伤单元。这表明功能梯度经典梁损伤识别的模态应变能变化率方法具有良好的抗噪音性能。     

纤维增强复合材料中多分层损伤的识别研究

本文基于纤维增强复合材料(FRP)层合板受冲击后可能在多个界面发生重叠分层损伤的工程背景,研究利用多层损伤发生前后的一系列模态频率变化值来预测FRP层合板中的多分层损伤。首先分别采用两种方法构建了含分层损伤的FRP层合板的有限元模型并验证了模型的准确性,其中,分层损伤被模拟为多层椭圆形态。然后,采用有限元模型生成了不同的多分层情况下对应的频率变化值,通过基于代理模型的遗传算法(SAGA)和支持向量机(SVM)两种逆向检测算法来识别多分层的界面、位置与大小。多分层损伤案例的验证结果表明,两种逆向检测算法SAGA和SVM均能利用损伤发生前后的频率变化值成功识别FRP层合板内的多分层损伤。     

基于MSC软件对含损伤的复合材料性能评估与修补研究

基于MSC软件建立了完好、损伤以及修补三种类型复合材料层合板的有限元模型,预估三种类型层合板的强度,通过分析不同修补角度下层合板的强度值,得到较合理的修补角度参数。通过拉伸试验分别确定完好、损伤和修补的层合板试验件强度并与仿真分析结果比较。结果表明,数值模拟强度值与实验值吻合度较好,建立的仿真模型有效地预测了不同修补角度层合板的剩余强度。     

层合板在冲击载荷作用下本构方程的研究

纤维增强复合材料层合板的冲击响应是一个兼有几何非线性、材料非线性、接触非线性的复杂过程。本文采用连续介质力学,对层合板的运动、变形进行描述,给出了冲击系统的有限元列式。并一步分析研究层合板在低速冲击作用下的极限承载能力,最后导出有限应变低阶壳单元在显式分析中的应力更新方法,便于在有限元程序中加入复合材料的弹塑性本构模型。     

基于模态应变能与频率融合方法的功能梯度欧拉伯努利梁损伤识别研究

针对功能梯度欧拉伯努利梁,本文提出了融合结构模态应变能和自振频率的损伤识别新方法。首先通过有限元方法计算得出功能梯度欧拉伯努利梁的自振频率和振型模态参数,然后基于单元模态应变能融合了自振频率,构造了模态频率应变能的计算公式。通过计算出梁结构损伤前后单元模态频率应变能的变化,定义了单元的损伤识别指标。数值算例表明,功能梯度欧拉伯努利梁的损伤识别新方法能够把梁结构存在的损伤单元有效地识别出。从损伤识别结果可以看出该新方法具有较好的抗噪声性能。