复合材料多钉斜削搭接连接强度预测与累积损伤研究

该文基于三维逐渐损伤理论,采用ANSYS的二次开发语言,建立了复合材料层合板多钉斜削搭接结构的三维有限元模型,考虑接触状态非线性和累积损伤过程非线性,并用牛顿-拉普森非线性迭代算法,对复合材料多钉斜削搭接结构从初始失效到最终失效的过程进行可视化模拟并对其连接强度进行了研究;数值模拟计算结果与文献结果进行比较,验证了本模型的正确性。分析结果得到：斜削程度不同、几何尺寸不同,连接结构的失效扩展过程不同;并且不同铺层失效形式不同;在一定程度上,随着斜削程度的降低,优化了钉载分配,初始失效载荷和最终失效载荷有所升高,提高了连接效率。     

热削斜工艺对4.5Ni钢厚板性能与组织的影响

4.5Ni钢建造的锥柱结合壳结构由60、80mm厚板经热削斜工艺加工焊接而成。本文着重研究了热削斜工艺对钢的力学性能和显微组织结构的影响。指出:削斜对钢板的力学性能和显微组织结构没有明显影响,热削斜工艺适用于制造含凸角过渡环和凹角带肋过渡环的锥柱结合壳结构。同时指出,若对钢板削斜表面采取进一步加工处理,如打磨、机加工等,可减少削斜造成的影响,提高制造质量。     

表面损伤的斜拉索平均气动阻力特性的试验研究

斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件,其风荷载设计在桥梁抗风设计中具有重要意义。斜拉索在生产、运输和安装过程中有可能受到损伤,针对不同程度表面损伤的斜拉索,利用风洞测力试验,研究了亚临界、临界和超临界雷诺数区域损伤程度对斜拉索气动阻力的影响,并得到了表面损伤斜拉索气动阻力的计算方法。结果表明:在一定的风向范围内,斜拉索表面损伤对其气动阻力影响显著,在亚临界区,表面损伤模型阻力系数大于光滑模型;进入临界区后,表面损伤模型的阻力系数则小于光滑模型;在超临界区,二者又比较接近。随着划痕的加深,临界区起始雷诺数提前,且在临界雷诺数区,随着雷诺数的增大,阻力系数减小。对不同损伤程度斜拉索的阻力系数进行拟合,得出相应的计算公式,以方便斜拉索气动阻力的估算。     

声发射检测复合材料飞轮损伤与断裂的结构模拟试验

对复合材料飞轮的受力与损伤情况进行了分析,设计了静态加载结构模拟复合材料飞轮的断裂与损伤,并对此结构进行了试验。用声发射方法检测了复合材料损伤与断裂的全过程,证明了该结构的合理性与可行性。     

HHT在复合材料机翼盒段结构小损伤检测中的应用

提出一种检测结构微损伤的时域：疗法，利用HILBERT-HUANG变换技术，研究了悬臂机体盒段结构的损伤振动检测问题，并引入轴对称信号扩展法解决EMD过程中的端点效应。用EMD技术分解完好盒段与损伤盒段在方波信号激励下的动力响应信号，得到一系列IMF分量；然后求出各阶IMF分量对应的瞬时频率，从中提取出结构损伤信息一瞬时频率变化量，作为损伤特征参数；并研究了将之作为损伤特征参数的抗噪声干扰能力。     

复合材料飞轮损伤与断裂的结构模拟

本文对复合材料飞轮的受力与损伤情况进行了分析;设计了多种模拟复合材料飞轮的断裂与损伤的静态加载结构,这些结构为用声发射方法检测复合材料飞轮的断裂与损伤的研究工作带来了很大方便,实验证明是可行性的.     

基于渐进损伤模型的复合材料斜接接头的拉伸强度

本文首先以斜接角度、搭接长度以及搭接厚度为参数分别建立了复合材料单边斜接接头和双边斜接接头在拉伸载荷下的参数化有限元模型,采用abaqus软件中UMAT子程序功能编写了材料损伤本构模型,并利用cohesive单元模拟胶接界面损伤。通过渐进损伤分析,模拟出斜接接头的三种破坏模式,最终得到了各参数变化对斜接接头拉伸强度的影响,其中母板最终破坏模式对应最大拉伸强度,并对单边斜接接头和双边斜接接头结果进行了对比分析,得出双边斜接接头强度大于单边斜接接头强度的结论。     

基于磁流变阻尼器的结构损伤模拟试验研究

本文提出了一种利用磁流变阻尼器模拟受压构件刚度折减的试验方法。通过改变磁流变阻尼器通电电流来调整受压构件的抗压刚度的大小。在输电塔桁架截断动力模型试验中,利用该方法模拟受压构件刚度的瞬时折减。结合短时傅里叶变换方法,对构件发生刚度折减的时间进行损伤识别。试验结果验证了该方法的有效性。     

飞机用复合材料斜胶接修补结构的冲击损伤

高传力效率的斜面式胶接在飞机复合材料传力接头和修补中被广泛使用,但该结构的低速冲击损伤阻抗和损伤容限未在飞机结构设计中考虑。本文研究了低速冲击下的较厚的复合材料斜胶接板的力学性能及损伤失效。在胶接区域布置不同冲击点,寻找最敏感位置,在该位置进行冲击能量变化研究,通过冲击响应（冲击载荷、挠度、能量等）及冲击损伤两个方面获取其规律和失效机制。小能量和大能量冲击结果表明,胶接区域5个典型冲击位置中,中心位置冲击损伤最大,冲击敏感性最高,因此中心点为冲击损伤阻抗最小位置。中心点不同能量冲击时,冲击响应研究揭示了冲击过程中冲击载荷具有典型的4阶段行为。冲击载荷还具有双峰值力的现象。冲击后沿试样中心线切开的显微损伤图揭示了该结构有两种损伤模式,包括复合材料损伤及胶层损伤。复合材料的损伤包含90°和45°层基体的开裂和0°与90°层之间的层间损伤。胶层损伤出现在试样冲击点正下方背部的复合材料斜接尖端部位。进一步通过考虑复合材料层内、层间损伤及胶层损伤的渐进损伤模型对试验进行仿真研究,找出导致第Ⅱ阶段冲击载荷突降的主要原因为复合材料层间损伤,第Ⅳ阶段冲击载荷再一次突降是由于胶层出现了损伤。     

斜拉索风致动力疲劳损伤的研究

研究了斜拉索风致振动的疲劳损伤问题。首先,根据 Miner 线性累积损伤原理,给出了结构疲劳损伤的计算公式。其次,根据高周疲劳的特性,我们假设斜拉索的疲劳损伤符合 Basquin 疲劳估算模型。第三,在综合目前疲劳损伤既有研究的基础上,进一步提出评价不同风速和不同风攻角对斜拉索疲劳损伤影响的框架。最后,以松花江斜拉桥中的斜拉索为对象,基于动力时程法计算分析了在不同风速和不同风攻角情况下斜拉索上各节点的应力时程,再使用雨流计数法统计斜拉索的应力-应变循环历史,估算出在不同风速和不同风攻角下斜拉索的疲劳损伤。于是,定量地评价了在不同风速和不同风攻角对斜拉索疲劳损伤的影响。     

复合材料层合板准静态压痕损伤研究

本文对复合材料层合板准静态横向压缩特性损伤进行了研究.在损伤模拟过程中采用机体开裂和分层扩展判据,分类考虑了不同的损伤形式,通过修正损伤层的材料常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对横向压痕过程的影响.损伤模拟结果与超声C扫描的结果吻合较好.     

T700/6421复合材料层板低速冲击后损伤特性

对未增韧及增韧后的T700/6421复合材料层板进行了低速冲击实验,讨论了表面凹坑深度(D)、表面凹坑直径(R)、冲击后压缩强度(CAI)及冲击能量(E)的关系,并通过记录冲击过程中的接触力与时间的变化分析了冲击时的损伤过程。实验结果表明,增韧后的复合材料其更容易出现深凹坑及更大的表面凹坑直径,更容易实现目视明显可见损伤(VID)的效果,并通过分析冲击历程响应发现:低速冲击过程中复合材料层板起始产生分层损伤时的时间与冲击能量并没有必然的联系。     

岩石冲击损伤试验的数值流形方法模拟

主要根据岩石在冲击载荷作用下的变形与破坏特征,对现有的仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值流形程序进行了扩展.程序的扩展主要集中在3个方面:添加了由程序本身决定的程序运行终止条件,把恒定的载荷作用扩展为三角波载荷作用,改变原来的单一线弹性本构关系为由冲击损伤本构关系和线弹性本构关系共同组成的复合本构关系.最后利用扩展后的程序对冲击试验结果进行了模拟,结果与试验符合较好.     

A Method to Apply Structure Relevant Impact Damage to Small Structure Relevant Specimens for Damage Tolerance Studies

An approach is presented to represent stiffened composite panels by small but ‘structure relevant’ (SR) specimens in compression tests to study failure mechanisms. The necessary support conditions to be applied during low velocity impact tests were determined for the SR specimens in order to obtain damage that is similar to the damage found in stiffened panels. Fractography revealed that the locations of the major delaminations in the SR specimens due to impact were the same as in stiffened panels. These delaminations occurred where they were expected, suggesting that they can be ‘placed’ deep inside a laminate for optimum damage tolerance. Initial compression tests on stiffened panels confirmed the high damage tolerance of the configuration considered.     

Interlaminar Tests for Marine Applications. Evaluation of the Influence of Peel Plies and Fabrication Delays

This paper presents results from a study of the influence of surface preparation on the mechanical performance of overlaminated polyester composites. Panels of 16 woven glass plies have been prepared in two halves by hand lay-up. After the first 8 plies were laminated the surface was either protected by a peel ply or left in air. The overlamination of the second half of the composite thickness was completed after different periods and interlaminar shear, flexure and mode I fracture specimens were tested. The results enabled the influence of the delay and the surface condition to be related to mechanical performance. Surfaces protected with peel plies show very low G_Ic propagation energy release rates. Results are compared to those from continuous lamination of the 16 ply composite. Interlaminar fracture tests are shown to be much more sensitive to overlamination conditions than the traditional short beam shear test. Results are interpreted in terms of fracture surface features.     

基于光纤传感网络的复合材料结构的损伤定位评估方法

提出了利用埋入正交塑料光纤传感网络对飞机复合材料结构的损伤进行定位评估的一种方法。结果表明：利用该方法可以迅速而准确地判断出复合材料结构是否遭到了损伤以及损伤的位置,即对复合材料结构进行损伤定位评估,实现在线实时监控。     

复合材料结构损伤的属性理论综合评估

为获得一种实时判别复合材料结构损伤的方法研究了属性测度及其识别.用材料结构的应力变化和表面短裂纹群作为特征矢量对结构的状态进行离散化处理,将属性测度识别方法应用于各离散状态的识别,从而对材料结构的损伤程度进行评估.实验表明这种方法的综合识别效率优于径向基函数神经网络,为研究复合材料结构的损伤在线识别提供了一种研究方法.     

基于径向基函数神经网络的编织复合材料结构脱层损伤监测研究

鉴于传统的BP网络的速度慢和局部极小值问题，以及针对基于实验数据训练神经网络存在样本不足的缺陷，文中提出了利用径向基函数（Radial Base Function，简记为RBF）神经网络通过有限元方法对含有脱层损伤的复合材料试件进行数值模拟，把前五阶弯曲模态频率进行修正，以修正后的前五阶弯曲模态频率再经过归一化处理构建训练样本的新思路，将实验模态分析结果经归一化处理后送入训练好的RBF神经网络进行预测，从而实现对编制复合材料梁的脱层损伤定位和损伤程度评估。最后给出了编织复合材料结构损伤大小伤识别及定位的算例，仿真结果表明RBF神经网络速度快，稳定性好，精度高，在复合材料结构损伤监测中具有光明的应用前景和重要的工程应用价值。     

含脱粘损伤的复合材料加筋板压缩破坏渐进损伤数值分析

本文提出了基于连续损伤力学的复合材料层合加筋壁板渐进损伤分析模型。该模型采用界面单元模拟筋条和壁板之间的连接界面,连接界面和复合材料层板分别采用Quads准则和Hashin准则作为失效判据,基于内嵌连续损伤状态变量的材料刚度退化方案,采用非线性有限元方法,研究了复合材料加筋壁板在压缩载荷下的破坏过程,分析了结构相应失效模式的细观失效机理。数值分析结果与实验数据吻合较好,证明该方法的合理性和有效性,并详细探讨了界面单元关键参数和层板铺设角度对加筋壁板结构力学响应的影响规律,得到了一些富有价值的结论。