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。     

混杂编织层合复合材料低速冲击性能研究

主要研究三组二维三轴混杂编织层合复合材料在铺层数目相同时,不同混杂编织方式对低速冲击性能的影响,为其在航空航天等领域的应用研究提供一定的设计依据和理论基础。由低速冲击以及三点弯曲实验的对比和分析研究表明,编织纱是玻纤、轴纱是碳纤的二维三轴编织片层合制得的复合材料,冲击后其表面产生裂纹较少、单位厚度吸收能量较低、在厚度方向产生损伤范围较小,冲击后弯曲损伤较小,抗冲击性能较好;通过合适的碳纤/玻纤混杂编织方式可实现正的混杂效应,进而增强其层合复合材料的抗冲击性能。     

复合材料层合板低速冲击后的力学性能试验研究

对特定铺层的5224/CF3052平纹织物复合材料层合板进行了低速冲击和冲击后拉伸、压缩及弯曲试验。探讨了层合板在冲击试验过程中的损伤过程、特征和机理;分析了凹坑深度对层合板冲击后拉伸、压缩和弯曲强度的影响规律。结果表明:冲击后拉伸、压缩及弯曲强度降幅分别为60.9%、50.4%及28.4%,冲击后拉伸强度降幅最大,应引起注意。与冲击后压缩试验结果类似,凹坑深度与冲击后拉伸、弯曲剩余强度关系曲线存在拐点现象。     

玄武岩纤维增强不饱和聚酯层压复合材料低速冲击损伤性能

研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料低速冲击试验,得到载荷-挠度曲线和载荷-时间曲线,用于分析三种不同铺层方式玄武岩纤维增强不饱和聚酯树脂层压复合材料低速冲击加载力学性能。通过观察层压复合材料破坏形态来分析其破坏方式。实验结果表明:0°/90°交错层压复合材料和平纹织物增强层压复合材料抗低速冲击性能优于0°单向层压复合材料;0°单向层压复合材料破坏方式为裂纹沿着纤维方向伸展,而0°/90°交错层压复合材料和平纹织物层压复合材料破坏只发生在冲击点附近局部区域。     

缝合编织复合材料低速冲击以及冲击后弯曲性能研究

两片三维四向编织厚片叠层缝合和四片三维四向编织薄片叠层缝合,固化之后得到两种厚度接近的缝合编织复合材料。对两种材料进行冲击以及冲击后弯曲实验,分析其表面和内部损伤特征、分布和机理,探讨其冲击后的剩余弯曲性能。结果表明,3.2J/mm的冲击能量下,缝合编织薄片的表面损伤面积和厚度方向上的损伤小于缝合编织厚片;冲击后弯曲实验中,两种材料受压面的树脂裂纹在厚度方向上的相邻两编织片之间几乎观察不到,受拉面的树脂裂纹沿着冲击造成的树脂裂纹继续向横向、纵向和厚度方向扩展;缝合编织薄片未经冲击与冲击后的弯曲强度和弯曲模量均大于缝合编织厚片,但其弯曲断裂变形小于缝合编织厚片。     

冲击方向对层合板低速冲击响应的模拟研究

利用有限元软件ABAQUS/Explicit,采用双线性本构法则和B–K断裂能准则,建立并验证了复合材料层合板的落锤式低速冲击损伤模型。在该验证模型的基础上,将冲头分别以30o,45o,60o和90o的冲击角度,以3.0 J和5.0 J的初始冲击能量对层合板进行冲击模拟试验。结果表明,冲头的冲击方向对层合板的冲击响应有着较大的影响,当冲击角度为45o时,冲击方向对层合板的能量耗散影响最大,当冲击角度为90o时,冲击方向对层合板能量耗散影响最小。     

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。     

FBG监测层合板低速冲击损伤研究

玻璃纤维复合材料在外界冲击载荷下发生分层损伤,对后续结构的安全使用造成影响。通过布拉格光栅传感器(FBG)对真空辅助成型的层合板在低速冲击载荷下的响应情况进行了监测,分析了不同厚度方向上层合板应变变化,并与层合板的损伤情况进行了对比。结果表明,波长的变化可以有效反映层合板的应变情况,波长差值可以反映层合板内部的损伤情况;FBG在多次冲击后仍具有良好的监测性能,可用于层合板的长期在线监测,为FBG监测层合板低速冲击损伤提供了依据。     

铝蒙皮整体中空夹层复合材料低速冲击的实验研究

本文采用落锤冲击试验机对铝蒙皮整体中空夹层复合材料进行了低速冲击试验.利用加速度传感器记录落锤冲击过程中加速度随时间变化曲线,通过数学处理得到了冲击栽荷、冲击点位移、材料损伤吸收能量随时间的变化曲线.探讨了铝蒙皮对整体中空夹层复合材料的低速冲击特性,如最大冲击载荷、冲击点最大位移和材料损伤时能量吸收等的影响.结果表明,附加铝蒙皮后,整体中空夹层复合材料的接触刚度、最大冲击栽荷以及材料的初始损伤能量都有明显增加.     

不同纤维增强的复合材料层板低速冲击损伤研究

采用落锤法,对增强相为碳纤维和碳纤维/玻璃纤维混杂的复合材料层板分别进行了冲击试验。采用扫描电镜(SEM)观察了复合材料板冲击损伤处的表面状态,采用超声扫描分析了内部的损伤情况,测试复合材料层板冲击后的力学性能,对比两种复合材料层板的损伤情况。试验结果表明,复合材料受到冲击损伤时,冲击能量首先被树脂基体吸收形成孔洞缺陷,然后冲击能量被纤维吸收,纤维束断裂,最后复合材料内部出现小面积分层缺陷。以试验参数为基础,对层板进行了有限元仿真,计算了贯穿破坏的层板的强度保留率。最终结果表明,碳纤维/玻璃纤维正交铺层结构板的性能优于碳纤维正交铺层结构板。     

受压-弯载荷作用下的脱层层板屈曲问题的有限元分析

本文研究更复杂的受载情形 ,即有压缩载荷 ,又有弯曲载荷作用下的局部屈曲问题 ,用基于一阶剪切层板理论的几何非线性有限元法分析了受压 -弯载荷作用下含穿透脱层层板的屈曲临界载荷。给出了在不同压弯载荷比条件下的临界载荷曲线     

温度对芳纶/玻璃纤维复合材料层压板冲击性能的影响

 论证了芳纶/玻璃纤维复合材料层压板在温度变化下的耐冲击载荷的试验结果。研究了在-50~120℃的温度范 围内,几个低速冲击能(8J,15J和25J)作用下,温度对层压板最大能量、弹性能、最大挠度的影响。结果表明,在 研究的温度范围内,复合材料的冲击性能受到影响。     

应用ANSYS的复合材料层合板静强度预测

复合材料层合板的静强度预测对于层合板设计和应用都具有重要的意义。为了提高预测的有效性,减少实验成本,在基于单层板理论的逐渐累积损伤的静强度预测方法的基础上,提出了用于二维机织复合材料静强度的预测方法。首先,以ANSYS有限元分析软件作为平台,利用其自带的APDL参数化语言建立有限元模型,并将铺层方式设定为[(0,90)/(±45)/(0,90)/(±45)/(0,90)]s,然后经过ANSYS软件的计算,得到最终的预测结果,最后制作该铺层方式的复合材料层合板并作拉伸实验,得到其实验强度,通过对比预测结果和实验结果验证了该预测方法的有效性。     

碳纤/环氧复合材料层合板低速冲击损伤机理研究

对[0/90/0/90]_(2s)和[+45/-45/0/90]_(2s)以及平纹布铺层方式的T300/环氧复合材料层合板进行低速冲击实验,在圆形试样的基础上比较不同铺层结构的复合材料在冲击性能方面的差异,从冲击能量传播的角度分析不同铺层结构复合材料的冲击破坏机理。并在ABAQUS有限元模拟的基础上分析冲击破坏的能量传播机理。结果表明冲击能量的传播与复合材料层合板中织物沿厚度方向的铺层结构有关,也与每一层织物内纤维的方向和纤维的空间结构有关。冲击能量在排列很直的纤维中传播很快,沿纤维轴向的损伤更容易传递,所以单向布铺层的复合材料与平纹布铺层的复合材料相比,冲击中心区域的损伤小,但是损伤的范围大,纤维的弯曲会降低冲击能量沿纤维轴向的传播速度,平纹织物中每一层纤维存在交织点,冲击能量集中在冲击中心区域,使得平纹布铺层的复合材料冲击损伤集中于冲击中心处且损伤程度比单向布铺层的复合材料大,出现更多的纤维断裂情况。在铺层复合材料中纤维排列的方向越多,沿纤维轴向传播的能量方向也就越多,冲击能量在每一层的面内传播更均匀,有利于减轻复合材料受冲击的损伤程度。     

立体混合法制毡工艺及其对玻纤增强热塑性材料力学性能的影响

为了改进玻纤增强热塑性复合材料中基体树脂对玻璃纤维的浸渍效果,从而提升制品的力学性能,本文研究开发出一种新型的制毡工艺——立体混合法。该工艺是将基体树脂与玻璃纤维分别拉制成丝束状,展纤后,经改进的开松、混合、气流成网设备制成三维立体结构的连续针刺毡。将制作好的基毡采用层合热压法制备成板材,并对其进行力学性能测试。研究结果表明,制成立体混合毡后的玻纤增强板材浸渍工艺适应性更强,基体树脂与玻璃纤维之间的浸渍距离缩短,接触面积增加,使增强材料浸渍透彻,由该工艺制作出的热塑性板材比传统工艺制作出的板材浸渍效果好。在同等克重和玻纤含量条件下,其拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度有了大幅度提升。     

压电蜂窝夹层板表面局部分层热屈曲

研究含蜂窝芯层的压电复合材料层合板的表面局部分层热屈曲,建立压电蜂窝层板模型,应用能量原理,计算在层板子层发生局部分层情况下,热屈曲的临界温度变化值。比较不同情况下屈曲临界温差的变化,分析不同因素对发生热屈曲时临界温度变化的影响。由计算结果可得,不同分层形状以及铺层角度对临界温度变换都会产生影响,其中以椭圆形分层具有最好的稳定性。同时临界温度变化也会随附加电场强度线性变化,在工程应用中可利用施加电场来有效防止压电层板局部分层发生屈曲。     

冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展

先进复合材料在航空领域的广泛应用,尤其是在主承力结构方面的应用,对复合材料维护和修理工作提出了新的、更加迫切的要求。复合材料结构具有各向异性和非均质性的特点,对分层损伤和层间断裂十分敏感,此类损伤会造成复合材料结构强度和性能的大幅降低,进而对航空飞行器的结构安全造成灾难性的后果。冲击载荷正是导致此类损伤的最大威胁,因此,对复合材料结构的冲击损伤规律及其修复技术的研究成为近年来的热点和难点。从冲击损伤评估、无损检测和修复技术三方面综述了当前国内外的主要研究进展,展望了冲击损伤下航空复合材料修复技术的发展前景。     

三维编织压电陶瓷基复合材料有效电弹性性能有限元分析

基于三维编织预制件的细观结构,建立了三维编织压电陶瓷基复合材料位移-电耦合场有限元模型,利用电弹性场体积平均思想和有限元方法研究了周期分布三维编织压电陶瓷基复合材料的有效电弹性性能。通过对代表性体积单元施加位移载荷和电载荷边界条件,预测了不同纤维体积分数下三维编织压电陶瓷基复合材料的有效弹性常数、压电常数和介电常数。计算结果表明,三维编织压电陶瓷基复合材料可显著改善压电陶瓷的整体力学性能,且保持了较好的电学性能。     

汽车用碳纤维传动轴结构设计与有限元分析

碳纤维复合材料具有比重小,比强度和比模量高,耐疲劳等特点。针对某汽车传动轴的强度和临界转速要求,设计了一种碳纤维复合材料汽车传动轴,并采用Abaqus有限元分析软件对传动轴进行了仿真分析,仿真结果显示了复合材料传动轴在受扭转载荷情况下的应力应变分布情况以及失效情况,碳纤维轴管应力应变分布均匀,仿真结果与设计理论相吻合,并与实验结果相验证,说明所设计的碳纤维复合材料传动轴的性能可以满足汽车传动轴的要求。     

均一波纹单向复合材料板的力学性能研究

基于有限元分析方法,针对复合材料在风电叶片制造过程中可能出现的缺陷——纤维波纹,建立了一种有限元微观模型预测单向均一波纹板的力学性能。在ANSYS软件中,采用参数化建模方法,建立正弦曲线状波纹的单胞模型,即代表性体积元(RVE)。采用均匀化方法,建立周期性边界条件,求出不同的加载条件下平均应力与应变关系,进而得到等效刚度。此外,对轴向压缩载荷下纤维基体局部应力进行了数值模拟和计算。结果表明,波纹比对复合材料刚度影响较大,特别是纵向杨氏模量损失严重,正应力和层间应力在沿波纹方向发生了显著变化。