复合材料梁腹板在弯剪复合载荷作用下的屈曲和后屈曲研究

针对复合材料腹板悬臂梁在弯剪复合载荷作用下的稳定性和破坏强度开展研究。通过试验获得腹板的屈曲载荷与结构破坏载荷,改进了基于试验数据确定屈曲载荷的方法。采用商用有限元软件Abaqus对试验进行数值模拟,研究复合材料梁腹板的屈曲和后屈曲特征,并通过USDFLD子程序实现对复合材料失效过程的模拟。研究表明,复合材料腹板具有典型的屈曲特征和较强的后屈曲承载能力,对其屈曲载荷、后屈曲历程和结构破坏载荷的模拟结果与试验实测结果吻合良好,对复合材料梁腹板损伤模式的模拟结果与结构实际破坏形貌相一致。

复合材料机械连接数值模型和强度研究

基于累积损伤理论结合有限元子结构方法对复合材料单钉机械连接强度进行了研究。根据层合板特性和螺栓受力特点,利用子结构建模技术分别构造层合板和螺栓的子结构。分析了层合板出现损伤时,材料参数退化对强度预测的影响。结果表明,连接件挤压损伤的退化参数取值在很大程度上影响结构强度预测的结果。针对金属-复合材料单钉连接件,通过适当的参数退化方式得到与试验结果相吻合的强度和刚度预测,而通过子结构的应用也提高了连接强度计算效率。

一种层压复合材料组合界面单元及有限元模型

为了高效模拟计算复合材料层合板的层间损伤,提出了一种由刚性元和零厚度的内聚力单元组合而成的新型组合界面单元,并提出了以弯曲板单元作为子层单元,与上述界面单元结合构成的层合板三维有限元模型,通过界面单元刚度的连续衰减模拟分层损伤累积过程。有限厚度的八结点组合界面单元每个结点有5个自由度,能考虑子层结点平动和转动对层间损伤的作用。通过对双悬臂梁(DCB)和末端缺口弯曲(ENF)试验的计算模拟表明,新型组合界面单元和有限元模型能很好地模拟复合材料层合板的分层损伤过程,对不同的网格划分有很好的适应性。