基于能量法的复合材料层合板性能等效算法研究与应用

为简化风力机叶片的建模和计算、提高效率,提出基于能量法的复合材料层合板性能参数等效方法。以材料的代表性体积单元RVE为研究对象,在能量法二维理论的基础上,根据RVE和均质等效体应力场与应变场在一定条件下相同的特点,利用变形能守恒理论,通过对不同形式变形能公式的变换,推导出层合板三维情况的性能等效刚度矩阵系数与RVE变形能的关系及等效矩阵的能量表达式。将该算法应用于[0°,±45°]三向层合板,计算结果与实测数据吻合。分别对1.5 MW叶片根部层合单元模型和等效模型进行结构分析和对比,结果表明二者数值吻合良好,验证了算法的可行性和有效性。     

预循环应力对高速列车关键结构用铝合金材料疲劳裂纹扩展行为的影响

对服役多年的高速列车关键结构用铝合金材料进行断裂力学性能测试,探究其稳态扩展区域和近门槛值区域的疲劳裂纹扩展行为,阐释服役材料力学行为的变化规律。鉴于服役材料疲劳裂纹扩展行为的折线特征,开展不同水平预循环应力作用下的断裂力学实验研究,剖析预循环应力对材料断裂力学性能"锻炼"效应的影响,建立合理的寿命预测模型,并与实测数据进行对比。研究表明:服役材料在稳态裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展行为呈折线特征,近门槛值区域的延迟扩展行为是促使折线现象产生的原因;经历预循环应力作用后,材料疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围(da/d N-ΔK)的关系曲线在稳态裂纹扩展的初期阶段呈现类似服役材料的折转行为;不同水平的预循环应力对材料断裂力学性能的"锻炼"效果不同,存在能够使材料达到最佳"锻炼"效果的预循环应力水平;对于折转型da/d N-ΔK关系曲线,本工作所建立的计算模型能够更加准确地预测材料的疲劳裂纹扩展寿命。