三维编织复合材料紧固件剪切强度预报

建立了三维缎纹编织复合材料代表性体积单元(RVE)和紧固件剪切试件模型,引入周期性边界条件,建立了材料的宏观力学性能预报方法,并采用跨尺度计算方法对不同受载角度下的紧固件剪切破坏过程进行了有限元模拟。进行了三维缎纹编织复合材料紧固件的剪切试验,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了本方法的可行性。分析了不同受载角度对剪切破坏模式及强度的影响,结果表明,该编织复合材料剪切强度随受载角度增大而降低,且具有不同的损伤起始位置和扩展过程。     

基于Python的Abaqus二次开发在层压板修理模拟中的应用

为加快复合材料层压板单面贴补参数设计的效率,利用基于Python的Abaqus二次开发技术,开发针对复合材料层压板单面贴补修理的快速建模及后处理程序.结果表明,程序能够通过输入单面贴补设计参数便捷地创建模型,并且计算结束后能通过快速后处理程序自动提取所需的数据和信息.该程序能够针对单面贴补修理母板的长度、宽度、单层厚度、层数和铺层顺序,补片的层数、直径和铺层顺序,以及复合材料单向预浸料和胶膜的性能等参数进行设计分析.用该程序计算得到的易破坏位置和破坏模式与试验结果的误差小于10%,证明该程序可行.     

固化度与固化收缩对非对称复合材料层合板固化变形的影响

采用三维有限元方法研究复合材料非对称层合板在热载荷和固化收缩载荷下的固化变形情况, 建立了材料力学特性、 固化体积收缩量和温度与固化度之间的函数关系, 考察了层合板变形曲率与温度和固化度之间的关系。数值计算结果表明: 非对称层合板变形曲率与固化终止时固化度有密切关系; 固化变形主要发生在降温阶段; 固化收缩对层合板变形曲率影响很小, 主要发生在第二个保温平台的前半段。      

复合材料-金属机械连接性能研究

对不同类型的连接件进行了试验研究,得到了破坏模式和破坏载荷,使用超声波损伤检测的方法,观察了孔边的挤压破坏情况。基于ABAQUS有限元软件,建立了有限元模型,分析了钉头形式(凸头、埋头),有无补偿垫片和连接形式对机械连接性能的影响。研究表明,使用凸头钉比埋头钉,能使破坏载荷能提高30%左右;使用补偿垫片能够提高连接件的承载能力;使用双钉连接较单钉连接,破坏载荷能提高一倍左右。     

脱胶缺陷尺寸对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响

为确定脱胶缺陷对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响,对含不同脱胶缺陷工型筋条的复合材料加筋板进行了压缩试验研究。结果表明,30 mm和50 mm的缺陷对试验件承载能力影响很小,当缺陷尺寸增至80 mm时,试验件后屈曲承载能力明显下降。借助超声检测技术对缺陷的扩展行为进行了监测,结果表明,当压缩载荷达到破坏载荷的85.3%时,预制缺陷的对角位置处出现扩展迹象。通过影像云纹法获得两半波和三半波失稳模态的形成过程。对失稳模态的监测结果还表明,随缺陷长度增加,该型加筋板的失稳模态从三半波向两半波转换。在试验基础上,利用ABAQUS软件建立有限元（FE）模型,依次进行了屈曲及后屈曲过程的数值模拟。屈曲分析用于获得试验件的失稳载荷及模态,在后屈曲分析中将失稳波形以几何扰动的形式引入FE模型,最终计算结果与试验结果基本吻合,表明该模型可以用于复合材料加筋板屈曲及后屈曲性能的预测。     

考虑时间和温度影响的复合材料开孔层板压缩失效分析

鉴于复合材料性能的时间-温度相关性,对固化后的树脂基体(5228A)进行了动力学分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA),得到了试验窗口中不同温度下的储能模量曲线片段,利用封闭平移(Closed Form Shifting,CFS)方法对其进行扩展,建立了主曲线并得到了曲线片段对应的平移因子。根据加速试验方法(Accelerated Testing Methodology,ATM),分别以两种铺层的准各向同性开孔层板(CCF300/5228A)为研究对象,建立了匀应变率(Constant Strain Rate,CSR)压缩强度主曲线。借助微距拍摄和超声波C扫描,对其渐进损伤过程和不同温度下的破坏形貌进行了观测。结果表明:即使温度低于玻璃态转变温度,树脂基体动态力学性能也会随时间的增加而降低;单层较厚的开孔层板压缩强度对时间和温度更加敏感,而单层较薄的开孔层板则具有更好的损伤容限性能;温度升高、加载速率降低时,开孔层板压缩最终破坏主导因素从分层损伤趋于纤维屈曲。     

结构参数对复合材料V型构件固化变形影响试验及解析分析

为研究结构参数对复合材料V型构件固化变形的影响,完成了针对V型构件厚度、拐角半径、拐角角度及铺层等结构参数的变形影响研究试验。基于剪力滞后理论和弯曲理论,利用解析法建立了考虑结构参数影响的复合材料V型构件固化变形预测模型,利用模型预测了V型构件的回弹变形并分析了不同结构参数对V型构件回弹变形的影响机制。结果表明:回弹变形随着厚度的增大而减小,厚度为1~3mm之间,角度回弹变形差异最大在30%左右;回弹变形与拐角角度的补角呈约为0.014的比例;拐角半径的不同导致变形的差异不超过5%;准各向同性铺层试验件展现了最大回弹变形,0°铺层的变形减小了23.5%,90°铺层几乎不发生变形。模型分析结果表明,厚度主要通过弯曲刚度和剪切变形两方面影响回弹变形;铺层引起的力学性能和泊松效应的变化是使回弹变形有较大区别的主要原因;V型构件直边变形最大为0.20°,对回弹变形影响较大。变形预测结果与试验结果对比验证了解析法模型的准确性。     

复合材料层板开孔拉伸损伤分析

针对纤维增强复合材料层板开孔拉伸, 将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效, 建立了复合材料层板开孔拉伸损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析, 对不同复合材料开孔层板进行了失效预测, 并与文献试验结果进行了对比, 破坏强度和失效模式均与文献试验结果非常吻合。结果表明本文中所建立的层板开孔拉伸损伤分析模型能够模拟含孔层合板拉伸过程中的损伤起始、 损伤扩展和最终破坏模式, 并最终预测含孔层合板拉伸失效模式和破坏强度。      

压缩预应力对复合材料层板抗冲击损伤性能的影响

为确定压缩预应力对复合材料层板抗冲击损伤性能的影响,首先对不同压缩预应力下的碳纤维/双马树脂CCF300/5428层板进行了低速冲击和准静态压痕试验,然后通过热揭层和冲击后压缩试验分别得到了层板分层面积和剩余强度。结果表明:压缩预应力会大幅降低层板的接触刚度和弯曲刚度,从而导致相同冲击能量下层板凹坑深度和背部基体开裂长度增大;对于准静态压痕过程和相同冲击能量下的冲击过程,分层起始载荷和峰值载荷均随压缩预应力的增大而减小;在相同冲击能量下,随着压缩预应力的增大,层板内部分层总面积及冲击能量吸收比不断增大,剩余压缩强度不断降低。因此,压缩预应力会降低复合材料层板的冲击损伤阻抗,对损伤容限性能不利,在对承受压缩载荷结构的试验验证过程中应考虑压缩预应力对抗冲击损伤性能的影响。      

混杂铺层层板穿透挖补修理后拉伸性能

对经穿透挖补修理后的平面编织混杂铺层层板的拉伸性能进行了试验研究, 结果表明初始损伤相同时, 挖补斜度为1∶30的试件的拉伸强度最高, 可以达到完好板强度的97.8%, 并且不同挖补斜度的试件表现出不同的破坏模式。此外挖补斜度相同时增大初始损伤会导致拉伸强度降低。在试验基础上建立渐进损伤有限元模型, 并对修理试件的拉伸强度及破坏过程进行研究, 数值模型得到的极限强度和破坏模式与试验结果吻合良好。