含分层损伤的复合材料格栅(AGS)板的非线性热屈曲分析

采用基于复合材料一阶剪切效应理论的有限元法分别研究了含分层损伤的复合材料层合光板、 单向加筋板和格栅加筋(AGS)板的热屈曲性态。在分析中考虑材料热物理性质与温度相关特性, 同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。3种结构的典型算例分析和结果的比较表明, 复合材料格栅(AGS)板具有很强的抗热屈曲的能力, 但是, 分层损伤将使其临界温度降低, 同时还会导致热屈曲的模态发生改变。本文中提出的方法和所得结论对AGS结构的热承载能力预测和损伤容限设计将具有参考价值。      

含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋圆柱壳(AGS)的热-机耦合非线性屈曲分析

采用基于复合材料一阶剪切理论的有限元法研究了含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋(AGS)板壳结构的热-机耦合屈曲性态,在屈曲分析中考虑了材料热物理、力学性质与温度相关特性和分层损伤处的上子板、下子板的接触效应。同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。通过一含多分层损伤的典型复合材料格栅(AGS)圆柱壳结构算例分析,讨论了在热-机耦合作用下分层大小、个数和分层位置对该结构屈曲性态的影响。结果表明:复合材料格栅(AGS)圆柱壳结构具有较强的抗热屈曲的能力和良好的损伤容限性。该文提出的方法和所得结论将对AGS结构的热-机耦合屈曲能力的预测和损伤容限设计具有一定参考价值。     

J型加筋壁板结构轴压试验及承载能力数值预测

设计了复合材料J型加筋板轴压试验件形式和加载方式,试验研究了其承载能力和破坏形式,讨论了轴压下复合材料加筋板件承载能力预测的有限元建模和分析方法,数值分析了加筋板屈曲和后屈曲模式,结果表明如果不考虑损伤累积对结构承载能力的影响,预测值将明显偏高;而通过引入逐步破坏准则,考虑了基体破坏、纤维基体剪切失效以及纤维断裂等损伤累积对结构承载能力的影响,可以提高数值预测精度。     

含椭圆分层损伤复合材料层合板分层前缘接触效应研究

采用基于Mindlin 一阶剪切理论的四节点板单元, 分析了分层前缘闭合接触效应对含椭圆分层复合材料层合板前后屈曲行为的影响。通过在分层区域内引入虚杆单元来防止上、下子板发生相互重叠, 并假设接触区内没有摩擦。结果表明, 分层前缘的闭合接触效应受分层几何形状的影响很大, 当椭圆分层子板的长轴与压缩载荷方向一致时, 闭合接触效应对含分层层合板前后屈曲行为最大。      

湿热环境下考虑累积失效和分层损伤AGS结构的稳定性

对湿热环境下考虑累积失效和分层损伤的先进复合材料格栅加筋结构(AGS)的稳定性进行了数值分析。基于一阶剪切理论和Von Karman非线性变形假设建立了含分层损伤复合材料 A GS结构的有限元模型,并推导了考虑温度和湿度效应的AGS结构有限元列式,同时给出了材料破坏准则。通过典型算例讨论了湿热环境、累积失效及分层损伤等因素对复合材料AGS结构稳定性的影响,数值结果表明当上述因素导致结构的屈曲模式发生突变时,其对 A GS结构稳定性能的影响是不容忽视的。     

复合材料加筋板低速冲击损伤及剩余压缩强度试验研究

采用落锤法对复合材料加筋板进行了低速冲击损伤（LVI）试验,根据复合材料加筋板构型,设计了冲击支持支架,研究了支持支架的间距对冲击结果的影响;用相同的冲击能量对复合材料加筋板结构中3处典型位置进行冲击,得到不同位置的损伤形貌;分别对完好件和损伤试验件进行压缩试验,将试验结果进行对比,分析不同位置的冲击损伤对结构压缩性能的影响。试验结果表明：在相同的冲击能量下,支持支架间距越小,所造成的冲击损伤越严重;在50 J冲击能量下,筋条区蒙皮处的冲击所造成的损伤不易观察,筋条间蒙皮处的冲击所造成的损伤最为明显,而筋条边缘蒙皮处的冲击可以导致筋条边缘的脱粘;冲击损伤会使加筋板屈曲载荷轻微下降,筋条间蒙皮和筋条区蒙皮冲击损伤对压缩结果影响相对较小,筋条边缘处的冲击会引起损伤处蒙皮的子层屈曲,并影响结构破坏形式,使结构压缩承载能力有较为明显的下降。     

含分层损伤复合材料等三角形格栅加筋板的起裂和扩展过程研究

对在压缩载荷下先进复合材料等三角形格栅加筋板结构 (AGS) 后屈曲阶段的分层起裂和扩展过程进行了研究。基于一阶剪切变形理论和 Von2 Karman几何非线性关系 , 提出了 AGS结构后屈曲有限元分析模型 ;基于总能量释放率准则 , 并利用虚裂纹闭合法 (VCCT) 及自适应网格的生成和移动技术分析了分层损伤的扩展过程 , 在分析过程中考虑了分层前缘的接触效应。并通过典型算例 , 讨论了不同的初始分层尺寸、 肋骨刚度对等三角形格栅加筋板结构的分层起裂和扩展过程的影响 , 通过与具有相同几何尺度的正交格栅加筋板结构的比较 ,说明等三角形格栅加筋板结构具有较高的抗分层能力。本文方法和所得结论对 A GS结构的承载能力预测和设计将具有参考价值。      

含损伤复合材料AGS 板的屈曲特性

采用有限元数值模拟方法, 研究了蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板结构(AGS) 的稳定性问题。对蒙皮和肋骨分别采用基于Mindlin 一阶剪切理论的复合材料层合板单元和层合梁单元来模拟, 推导了相应的有限元列式, 并通过坐标变换, 利用蒙皮与肋骨的几何连续条件, 形成了AGS 的单元刚度阵和几何刚度阵, 建立了含损伤AGS 稳定性分析的有限元控制方程。通过典型算例, 研究了压缩载荷作用下, 分层形状、分层大小、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式等因素对AGS 的稳定性特征的影响。数值结果表明, 含分层损伤的AGS 具有十分复杂的屈曲性态。屈曲临界力和屈曲模式与分层面积、分层形状、分层深度、肋骨的高度和宽度、布置方式和位置均密切相关。      

复合材料帽型加筋壁板的失效机制分析与改进设计

为了准确预测复合材料帽型加筋壁板的后屈曲承载能力,针对压缩载荷下筋条端头斜削的复合材料帽型加筋壁板结构的失效机制及失效载荷进行了研究。首先利用物理试验,研究了端头斜削的复合材料帽型加筋壁板失效过程,然后构建了考虑蒙皮/缘条胶接界面以及复合材料层板失效的非线性损伤分析模型,详细地研究了损伤起始、扩展和失效的全过程。在此基础上,提出了包覆层对蒙皮/缘条界面进行增强的设计方案,并基于数值仿真和试验研究了包覆层对复合材料帽型壁板的破坏模式和承载能力的影响。数值分析和试验结果表明,包覆层设计能够明显提高结构的屈曲载荷和后屈曲承载能力,分析结果与试验值吻合良好,且预测的破坏模式也与试验结果一致。     

具有分层损伤复合材料加筋与无加筋层合板热-机械力屈曲性态

基于复合材料一维剪切理论——Mindlin 理论, 给出了材料性质与温度有关的含分层损伤复合材料加筋和无加筋层合板的线性和非线性热-机械力耦合情况下的屈曲问题有限元分析方法, 并研究了含分层损伤的加筋和无加筋层合板的两种不同类型的热- 机械力屈曲问题。通过典型算例分析, 讨论了热-机械力耦合效应和分层大小对含分层损伤结构的屈曲性态的影响关系。     

含分层损伤复合材料加筋层合板的动承载能力

采用有限元方法研究了含穿透分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应和承载能力。根据复合材料层合板一阶剪切理论, 推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式;同时采用Adams 应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法, 构造了相应的阻尼阵列式;为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象, 建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析中分层分析模型和虚拟界面联接模型。并采用Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法, 对在动荷载作用下含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了破坏和承载能力分析。通过典型算例分析, 分别讨论了外载频率、分层深度、筋的位置以及破坏过程中刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征和承载能力的影响, 得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

Dynamic behavior of delaminated plates considering progressive failure process

The paper is to study on dynamic response behavior of the delaminated composite plates considering progressive failure process. A formula of element stiffness and mass matrices for the composite laminates is deduced by using the first-order shear deformation theory combined with the selecting numerical integration scheme. A damping model is constituted by a generalized orthogonal damping model on basis of Adams' strain energy method. A virtual interface linear spring element is also employing for avoiding the overlap and penetration phenomenon between the upper and lower sublaminates at the delamination region. The failure analysis method for the delaminated plates under dynamic loading is established by a modified Newmark direct integral method in conjunction with Tsai's failure criterion and corresponding stiffness degradation scheme. By some numerical examples, the effects of frequency of dynamic load, delamination length and location, and reduction of structure stiffness during the progressive failure process upon dynamic behavior of the delaminated composite plates are discussed. The method and conclusions would be useful for composite structures designers.     

Progressive failure analysis for advanced grid stiffened composite plates/shells

A progressive failure methodology is developed to simulate the initiation and propagation of multi-failure modes for advanced grid stiffened (AGS) composite plates/shells on the basis of a stiffened element model. Failures of both skin and ribs are taken into consideration, which are matrix cracking, fiber failure, fiber–matrix shear failure, delamination in skin and fiber failure in rib. All these failures are defined using a set of 2-D stress-based polynomial failure criteria wherein the transverse shear stresses at centroid of the stiffened element are calculated by employing an integrated approach of finite element and finite difference method. Corresponding material and stiffness degradation behavior is introduced after the initiation of individual failure mechanisms. The progressive failure behavior of a composite orthotropic-grid curved panel with a centrally located cutout under compressive load is evaluated using the method.     

复合材料双曲率壳屈曲和后屈曲的非线性有限元研究

基于 ABAQUS软件分析平台 , 采用非线性有限元法研究了横向载荷作用下复合材料双曲率壳的屈曲和后屈曲行为。通过在有限元模型中引入 Tsai2Wu失效准则 , 预测了复合材料双曲率壳的初始失效及渐进破坏过程 , 数值结果和试验数据吻合较好 , 表明了该模型的合理有效性 , 并详细讨论了各种参数对屈曲和后屈曲行为的影响。经分析复合材料双曲率加筋壳在均布压载和剪力联合作用下的屈曲和后屈曲行为 , 得到了屈曲载荷的拟合曲线 , 研究表明顺剪力的存在有利于提高屈曲载荷。