织物增强复合材料层合板层间强度的改善方法

分析了织物增强复合材料层合板的力学性能特点，并针对其层间强度低及层间断裂韧性差的缺点，从层间破坏机理出发介绍了提高层问强度及断裂韧性的几种方法，重点介绍改善织物增强复合材料层合板层间断裂韧性的缝合方法。同时，文中也分析探讨了层间强度的测试与评价方法。     

FRP/金属混杂层合板低速冲击损伤数值分析

在三维动态有限元分析的基础上，对层合板的低速冲击损伤进行数值模拟，研究其在受载过程中的应力状态，并用Chang-Chang面内失效准则和分层判据进行损伤分析．对损伤的单元进行相应的刚度退化和分层形状、面积的模拟计算．通过具体算例以及与文献中的结果相比较．验证了模型的可靠性和方法的有效性，并对比了纤维增强金属层合板（FRMLs）与传统纤维增强复合材料层合板（FRP）的冲击损伤面积．说明FRMLs具有较好的抗冲击性能。     

胶接修补复合材料层合板的渐进损伤分析方法

建立了一种预测胶接修补复合材料层合板损伤演变与剩余强度的渐进损伤分析模型。该有限元方法应用三维渐进损伤模型和内聚力模型分别模拟复合材料层合板和修补胶层的失效过程。引入与材料损伤模式相对应的损伤变量表征材料的损伤状态,材料的刚度矩阵按损伤变量退化。计算得到了复合材料含孔板和相应的复合材料层合板胶接修补结构的极限强度。计算结果和试验数据吻合良好,验证了渐进损伤分析方法的有效性。     

含孔隙碳纤维/环氧树脂层合板力学性能模拟

为了探究孔隙率对织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板拉伸强度和压缩强度的影响规律,分别测量了孔隙率为0.33%、0.71%及1.50%的复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度并进行有限元模拟.试验结果表明:随着孔隙率的增加,复合材料层合板的拉伸强度和压缩强度均呈下降趋势.建立了适用于织物纤维增强复合材料的静态力学强度的失效准则,结合刚度突然退化模型,通过引入不同孔隙率复合材料的基本强度参数,使用ABAQUS软件建立有限元模型,对不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度进行了较为准确的预测.     

用有限元法研究复合材料层合板的热屈曲特性

用有限元法对复合材料层合板的热屈曲特性进行了分析研究，通过对几个算例的分析比较，表明本文的方法是精确的，给出了层合板屈曲的数值结果，并讨论了铺层方向、铺层数量、板的长宽比、温度分布等因素对复合材料层合板热屈曲特性的影响。由此得出了一些有用的结论。     

竹胶板的本构方程及强度理论

建立了竹胶板这类新型复合材料层合板的本构方程较系统地讨论了强度问题，并通过实验测出了上述关系中的材料常数，理论计算与实验结果吻合得很好。     

三角形层合板单元及应力解的杂交化后处理

基于一阶剪切变形理论（FSDT），构造了一个新型无闭锁的三角形复合材料层合板单元CGCLLM-T9，并根据Hellinger-Reissner变分原理，运用应力杂交化后处理方法来改善此位移型复合材料板单元所得应力解的精度，使得此单元能够简单、准确地预测出层舍板的应力，特别是层间横向剪应力，本单元可适用于复杂边界问题．数值算例表明，此单元不仅自由度少，列式简单，且可以得到较高精度的位移解和应力解；是一种性能较好的厚薄板通用的复合材料层合板三角形单元．     

基于自适应遗传算法的复合材料层合板铺层顺序优化设计

分析了杂交概率和突变概率对遗传算法收敛性的影响,提出了一种自适应遗传算法,并利用该方法研究了复合材料层合板的铺层顺序优化设计问题。算例结果表明,提出的复合材料层合板铺层顺序优化设计方法能够明显的提高计算效率。     

一种计及分层效应的复合材料层合板疲劳寿命计算方法

给出了一种求解多向铺层复合材料层合板自由边层间应力的简化方法，并在此基础上提出了计及分层损伤的多向铺层复合材料层合板疲劳寿命的计算方法；算例与试验结果对比表明，该方法可以提高复合材料层合板疲劳寿命计算值与试验值的吻合程度。     

复合材料层合板低速冲击及其剩余压缩强度

为了研究冲击能量对层合结构冲击性能及吸能特性的影响规律,本文主要采用不同冲击能量作用下的复合材料层合板低速冲击性能及其剩余压缩强度的研究方法.通过低速冲击实验,研究了冲击能量对复合材料层合板的损伤影响.通过准静态压缩试验,较好地分析冲击能量对试件的压缩剩余强度的影响.     

Prediction of the biaxial failure strength of composite laminates with unit cell analytic model

A new method to predict the ultimate strength of fiber reinforced composites under arbitrary load condition is introduced. The micromechanics strength theory is used to perform the final failure prediction of composite laminates. The theory is based on unit cell analytic model which can provide the ply composite material properties by only using the constituent fiber and matrix properties and the laminate geometric parameters without knowing any experimental information of the laminates. To show that this method is suitable for predicting the strength of composite laminates, the micromechanics strength theory is ranked by comparing it with all the micro-level and the best two macro-level theories chosen from the World Wide Failure Exercise. The results show that this method can be used for predicting strength of any composite laminates and provide a direct reference for composite optimum design.     

铺层次序对于碳／玻璃混杂复合材料破坏过程的影响

本文使用有限元方法模拟了三种碳/玻璃编织状混杂复合材料层合板的破坏过程，三种层合板有相同的碳纤维和玻璃纤维的体积比和重量比。层数比相同铺层次序不同，假设碳纤维层首先破坏，计算了破坏处周围的最大拉伸应力、拉伸应变和层间剪切应力，从应力、应变分析和能量分析的观点探讨了铺层次序对于混杂复合材料破坏过程的影响，结果表明：铺层次序影响着脱层破坏的出现，三种分析方法可以得到一致的结论，并与试样断口分析的结果相吻合。     

复合材料迭层板铺层可靠性优化设计

飞机复合材料结构的壁板主要承受轴力和剪力。这两种外载之间存在一定的比例关系,因而是一个广义外载。文中以某一小展弦比复合材料多墙式翼面结构为例,据轴力和剪力的不同比值,对根部蒙皮的迭层板进行铺层可靠性优化设计。采用加速收敛梯度法得到广义外载作用下满足结构系统可靠度指标 R_s~*的主要约束条件和次要约束条件(最小层数比约束条件、±45°层均衡对称约束条件等)迭层板总重最小时的最优分层比例。通过算例证明本文提出的复合材料迭层板可靠性基础上的铺层优化设计方法是十分有效的。     

复合材料层压结构系统的可靠性分析方法

本文针对复合材料层压结构的特点提出层压结构系统可靠性分析的变刚度全量载荷法。根据元件利用率的大小找出临界元件,然后采用分类组合临界元件的方法枚举结构系统的破坏模式,从而得到结构系统的破坏树。由各单一破坏模式的破坏概率和计及两个破坏模式间相关系数的二阶共概率求得结构系统的可靠度。利用破坏模式删除和合并的原则使结构系统破坏概率的计算大为简化。通过算例表明本文提出的确认复合材料结构系统主要破坏模式的方法是有效的,尤其对大型复杂结构更显出它的优点。     

Erosive Wear Study of PPLSF/Glass Fiber ReinforcedHybrid Laminates

This work is focused to examine the erosive performance of hybrid Palmyra palm leaf stalk fiber (PPLSF)/glass polyester laminate against solid particle bombardment. A hand lay-up method was adopted for the fabricating four piles of five distinct laminates with different stacking order glass and PPLSF layers. Amongst them, one group of pure PPLSF and pure E-glass laminates were fabricated. The hybrid laminates were exposed to high speed stream of solid sand particle at three distinct impact velocities (48, 70 and 82 m/s) and four different angles of impingement (30°, 45°, 60° and 90°). The effect of particle velocity, angle of impingement and stacking order on both wear rate and efficiency were highlighted. The experimental assessment reveals a significant improvement in erosive wear resistance properties due to hybridization of PPLSF with E-glass. Again, the laminates with PPLSF layer as skin and glass as core layer exhibited better erosive wear resistance properties than other types of laminates. Further, a maximum value of erosion at lower velocity (48 m/s) is also noticed at 45° impingement angle. However, at high velocity of impact 70 m/s and 82 m/s, the maximum rate of erosion has been shifted from 45° impact angle to 60° impact angle. The alternation of this semi-ductile character to semi-brittle character is evidenced by analyzing the experimental data. Further to justify the mode of erosion, the eroded surface samples were inspected by scanning electron microscope (SEM).     

温湿场交变环境下外加载荷对不同孔隙率CFRP弯曲力学性能影响

为探究不同孔隙率碳纤维/环氧树脂层合板在仿超音速飞行的高低温湿热老化环境及外加载荷作用对弯曲力学性能的影响规律,基于材料服役期间的吸湿状态和内应力状态,对T700CF/3234EP进行模拟超音速飞机服役环境的高低温交变加速湿热循环试验.通过控制模压压力,制备3种孔隙率分别为0.04、0.08和0.11的层合板,将3种孔隙率的层合板进行加载,加载载荷为层合板最大弯曲载荷的0、30%、40%和60%,然后将其置于高低温环境模拟试验箱中,分别测量不同循环周期复合材料层合板的弯曲强度变化,并采用ABAQUS软件对其弯曲力学性能进行有限元模拟.试验结果表明:温湿场交变环境下,外加载荷和孔隙率加速层合板弯曲强度的下降,在高低温湿热循环4~6周期时,随着载荷的增大,二次固化现象越明显,层合板的弯曲强度变化比较平缓.使用ABAQUS软件建立有限元模型,计算得到的弯曲力学强度变化趋势与试验结果相一致,说明高低温湿热老化环境和外加载荷对复合材料弯曲性能的影响,对不同孔隙率的碳纤维/环氧树脂层合板弯曲性能进行较为准确的预测.     

复合材料结构的多级优化设计方法

本文提出一种适用于复合材料结构的多级优化设计方法,即系统级优化和元件级优化。系统级优化以迭层板厚度为设计变量。从基于 Kuhn-Tucker 条件的优化准则出发导出改进设计变量的迭代式,寻求最优设计。元件级优化则保持最优迭层板厚度和节点位移不变,根据各分层应变能的大小来调整各分层的厚度,使材料分配趋向合理,进一步减轻结构重量。本文给出算例,研究复合材料结构在多种外载作用下,承受强度约束和位移约束以及满足给定挠曲规律和扭转变形规律条件下的优化设计。计算结果表明,本方法具有较高的效率,计算简单,收敛迅速易于工程应用。     

层合复合材料簧片单元弯曲力学性能

为提高空间可展铰链的运行稳定性和可靠性,减轻结构质量,研究了碳纤维增强层合复合材料簧片单元的弯曲性能.以衡量簧片驱动能力的应变能、稳态弯矩以及簧片自锁能力的屈曲临界弯矩为力学性能指标.分析了可折叠自展开的簧片单元在弯曲折叠过程中,复合材料铺层角度、铺层厚度和簧片截面半径对各性能指标的影响.研究结果表明:随着复合材料铺层角度的增加,簧片驱动能力增强,但其自锁能力基本不变;随着复合材料铺层厚度和截面半径的增加,簧片的驱动能力和自锁能力均增强;随着材料铺层角度、截面半径的增加,簧片的横截面出现截面变形现象且伴随微小回弹.研究结果对于空间簧片式铰链驱动性能的改进具有一定的参考价值.     

形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展结构中的应用

为提高空间可展铰链的运行稳定性和可靠性,减轻结构质量,研究了碳纤维增强层合复合材料簧片单元的弯曲性能.以衡量簧片驱动能力的应变能、稳态弯矩以及簧片自锁能力的屈曲临界弯矩为力学性能指标.分析了可折叠自展开的簧片单元在弯曲折叠过程中,复合材料铺层角度、铺层厚度和簧片截面半径对各性能指标的影响.研究结果表明：随着复合材料铺层角度的增加,簧片驱动能力增强,但其自锁能力基本不变;随着复合材料铺层厚度和截面半径的增加,簧片的驱动能力和自锁能力均增强;随着材料铺层角度、截面半径的增加,簧片的横截面出现截面变形现象且伴随微小回弹.研究结果对于空间簧片式铰链驱动性能的改进具有一定的参考价值.

     

Experimental Study on Penetration and Perforation of Laminated Kevlar

The penetration behavior and perforation characteristics of Kevlar/Epoxy laminates with various thickness in quasi-static and ballistic perforation penetrated by steel projectiles with different noses are investigated. Quasi-static tests are conducted on MTS810 testing system. The results indicate that global deformation is the major mechanism of energy absorption and woven laminates exhibit larger energy dissipation than that of angleplied laminates. Therefore, the woven laminates have better quasi-static penetration resistance. Ballistic tests with velocity of 200 - 700 m/s are executed by using a powder gun with 7.62 mm barrel. Comparing ballistic experimental results with those under quasi-static condition, both the perforation performance and the failure modes are related closely to the speed of penetrator. Quite different from quasi-static tests, ballistic tests indicate that thick angle-plied laminate targets are even better than woven laminates in resisting ballistic impact. It is observed that the damage zone of the laminate is localized highly with the increasing of the impact velocity and correspondingly, the failure modes are more manifold. The shape of projectile noses affects the impact resistance of laminated Kevlar significantly in the range of velocity around the ballistic limit.