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。     

复合材料泡沫夹层板准静态压痕实验的有限元模拟

采用准静态压痕(QSI)实验对复合材料泡沫夹层板进行研究,通过实验获得复合材料泡沫夹层板的损伤阻抗特性。使用ANSYS建立复合材料夹层板准静态压痕实验的有限元模型,使用刚度折减方法模拟持续加载过程中的芯体失效过程,建立了复合材料泡沫夹层板在准静态压痕力作用下损伤阻抗特性的预测方法。通过有限元结果与实验结果比较,验证了模型的准确性和合理性。     

以复合材料层合板为面板的夹层板稳定性分析

本文构造了一个考虑面板抗弯刚度及耦合刚度的三角形复合材料夹层板单元,对复合材料夹层板的总体稳定性进行了计算和分析,讨论了面板铺设、夹心与面板厚度比对临界载荷的影响。本文还导出了复合材料夹层板内力与应变的关系式,分析并指出了即使夹层板总体铺设为对称铺设时忽略面板耦合刚度对临界载荷带来的影响。      

含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板拉伸剩余强度预测

为了对含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板的剩余强度进行预测,基于连续介质损伤力学法(CDM)和唯象分析法,建立了表征复合材料雷击热-力耦合损伤的刚度矩阵渐进损伤退化模型。基于该模型,通过ABAQUS有限元仿真软件,建立了含雷击热-力耦合损伤的复合材料层压板结构三维模型。结合UMAT子程序,完成了拉伸载荷下的剩余强度预测。结果表明:通过与试验对比,仿真结果与试验结果取得了良好的一致性。本文所建立模型,能够有效进行含雷击热-力耦合损伤复合材料层压板结构拉伸剩余强度预测。     

湿热环境对损伤分层复合材料夹层板屈曲性能的影响

建立了一个分析含面板内分层损伤的复合材料夹层板屈曲性能的二维弹性基础模型, 采用Rayleigh-Ritz 法研究了任意的湿热环境对分层的复合材料夹层板屈曲性能的影响。考虑了材料依赖于温度变化的弹性及热、湿性质。     

含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究

本文作者基于"zig-zag"模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton-Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。     

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。     

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。      

以正交铺设层合板为面板的夹层板的临界载荷

本文求解了简支边界条件下,以正交铺设层合板为面板的复合材料夹层板在总体对称铺设和总体反对称铺设情况下的稳定问题。导出了这类夹层板对应于Hoff型夹层板理论的临界载荷计算式,并简要分析了面板耦合刚度对临界载荷的影响。      

基于刚度退化的复合材料层合板疲劳损伤模型的研究进展

介绍了复合材料层合板的疲劳损伤演化机理,总结了复合材料损伤扩展的变化规律,分析了复合材料疲劳损伤模型的影响因素,并回顾了基于刚度退化的复合材料层合板疲劳损伤模型的研究进展,最后展望了复合材料疲劳损伤性能的进一步研究方向,指出湿-热-力的耦合作用对复合材料性能的影响是未来研究方向之一.     

湿-热-力耦合环境下复合材料结构损伤分析与性能研究

将考虑湿热效应的经典层合板理论引入有限元方法中, 通过精确考察单层板等效参数衰减、追踪初始破坏后的卸载以及对最终破坏进行判定, 在精确预测湿热环境对复合材料性能影响的同时追踪了损伤演化过程。通过建立湿-热-力耦合下复合材料宏观性能的定量表达式, 发展湿-热-力耦合环境下复合材料性能演化表征与预测方法, 实现在有限元分析中考虑湿热效应的影响。对3 种不同铺层方式复合材料层合板进行湿热环境试验研究, 并利用本文中分析方法进行损伤模拟, 分析结果与实验结果符合得较好。      

含面\芯开裂损伤复合材料夹层板考虑几何非线性的能量释放率数值分析

基于一阶剪切变形理论,zig-zag变形假定和von Karman大挠度理论,提出了含不同形状面\芯开裂损伤复合材料夹层板在受压缩载荷作用下的开裂前缘能量释放率研究的有限元分析方法,研究了在轴向应变作用下,具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层断裂力学行为,并讨论了在大变形下几何非线性对能量释放率分布规律的影响。通过典型算例分析表明:具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层前缘能量释放率的大小和分布规律与开裂面积、开裂形状和受载方向有关。     

充氢工艺对复合材料储氢气瓶残余应力的影响

温升是复合材料储氢气瓶充氢过程中十分重要的问题,由于温度场的不均匀和材料热膨胀系数的不同,热机械耦合效应必然存在。为了研究复合材料气瓶充氢时的热机械耦合效应,该文提出了流-热-固耦合分析方法。该方法先建立复合材料气瓶充氢过程的computational fluid dynamics (CFD)分析模型,采用该模型分析充氢过程气瓶的温度分布;再建立复合材料气瓶的热-机械耦合分析模型,将CFD模型获得的温度场输入到热机械耦合模型中,并施加位移和载荷边界条件,分析热-机械耦合效应,通过解析解和试验数据验证方法的可靠性和准确性。采用该方法研究充氢速率、充氢口位置和气瓶几何尺寸对温度场、应力场的影响,该文获得的结果将为复合材料储氢气瓶的设计和充氢工艺优化提供技术支持。     

时变热环境下复合材料夹层板结构动力学响应分析

复合材料结构已经在航空航天工程领域得到了广泛应用。当飞行器在大气中高速飞行时,气动热载荷会改变复合材料结构的动力学特性和动力学响应。目前,学者对恒定热环境下复合材料结构动力学响应的数值仿真进行了较多研究,而对于时变热环境下的数值仿真还尚未开展研究。提出了一种用于时变温度环境下复合材料夹层板结构动力学响应计算的数值仿真分析方法。首先,利用基于分段剪切变形理论的板单元建立了考虑热环境影响的复合材料夹层板结构有限元模型。然后,利用时变结构时间有限元方法计算了时变温度环境下复合材料夹层板结构的动力学响应。最后,对动态响应进行时频分析,并与由理论模态分析方法计算出的固有频率参考值进行对比,验证了该方法的有效性与精确性。提出的数值仿真分析方法可以有效地预示时变热环境下复合材料夹层板结构的热振响应,为热环境下复合材料结构的设计与分析提供了理论基础。     

V-型皱褶夹芯板与隔声性能实验

设计并制作了5个不同几何特征参数和构型的皱褶芯材夹层板试验件，采用混响室一消声室法进行了标准隔声试验。通过对比试验，分析了褶皱芯材夹层板的隔声性能的基本规律，给出了隔声性能与其特征参数及构型之间的基本关系。试验结果表明；复合材料皱褶芯材夹层板的隔声性能随高度和面密度的增加而提高；复合材料皱褶芯材夹层板的隔声性能不完全服从质量定律；重量相同时．板的构型对其隔声性能有很大影响；在低、高频段，双层芯材垂直叠放夹层板的隔声性能比单层芯材夹层板好。     

压电复合材料层板弱界面的四种力电热物理模型

基于对压电复合材料层合结构弱界面弹性场、电场、温度场的宏观和细观尺度分析, 构建了四种界面力-电-热模型, 分别为非耦合型、耦合型和混合型。依据这些界面模型, 得到了柱面弯曲简支压电复合材料层板的力-电-热多场耦合解。结果表明, 损伤界面的多场耦合物理描述介于宏观和细观尺度之间, 需要多尺度考虑, 且基于不同尺度的描述也可获得相似的规律。在热载和力载下, 不同的界面模型对弹性场影响趋同、差异甚小, 而对电场和温度场, 四种模型的影响各异、但规律相似; 在电载作用下, 不同的界面模型无论对弹性场还是电场, 都有显著的影响。     

复合材料夹层板的大挠度分析

本文构造一个复合材料夹层板矩形九节点单元,并应用于对称复合材料夹层板的大挠度分析,并讨论边界条件、夹心剪切模量以及而板和夹心厚度比对复合材料夹层极大挠度的影响,得到一些有意义的结论。     

ZrB_2基超高温陶瓷复合材料的高温拉伸损伤行为

开展了SiC(20vol%)-石墨(15vol%)/ZrB2复合材料室温及高温拉伸性能实验,发现高温时复合材料的拉伸强度和弹性模量有所降低,并且具有明显的非线性特征。引入热损伤来表征弹性模量随温度的衰减规律,利用强度统计分析方法确定单向应力状态下材料的机械损伤演化方程,建立了材料在热力耦合条件下的高温拉伸损伤非线性本构模型。分析表明:随着温度的升高,SiC-石墨/ZrB2复合材料的热损伤和机械损伤不断增加,延性增强,且脆性-延性破坏转变温度范围为1 250~1 350℃。     

高温与脱粘对复合材料蜂窝板模态特性影响的试验

复合材料蜂窝板是目前航空航天领域中一类非常重要的结构,但此类结构在热环境下的模态特性研究鲜有公开报道。本文针对由碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板和Nomex蜂窝芯层复合而成的夹层板进行了不同温度下的模态试验,在加热过程中结构面板与芯层脱离,向外凸出。损伤发生前,结构固有频率随温度升高而下降,在识别出的前7阶模态中,弯曲振型的下降幅度较大,而扭转振型的降幅较小。对损伤后的结构再次进行常温模态试验,其模态特征发生显著变化,除了固有频率的变化外,模态阻尼比明显提高,而且其中两阶模态振型的顺序发生对调。此外,本文还对该损伤形式的成因进行了分析,所得结论对用于热环境的复合材料蜂窝结构设计具有一定的指导意义。     

夹层复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究

本文对复合材料在潜艇声隐身结构中的应用情况进行了分析,对其材料、结构形式、作用效果等方面进行了详细阐述,提出了夹层吸声复合材料作为水下声隐身结构的发展趋势。然后利用数值计算的方法,对夹层复合材料的声学性能进行了分析,得到了夹层复合材料各层材料参数,如厚度、声特性阻抗和损耗等对声学性能的影响规律。最后,评估了典型局部结构壳板应用夹层复合材料后的力学性能和声隐身性能。结果表明,潜艇非耐压结构的壳板采用夹层复合材料可以满足结构的力学要求,与钢结构相比声隐身能力大大提高。