开孔复合材料层合板的拉伸强度和失效模式分析

为研究纤维编织工艺、铺层角度和孔径大小对开孔复合材料层合板拉伸强度和失效模式的影响规律,选用正交平纹玻纤层合板(WFL)和单向玻纤层合板(UFL)制作0°和45°铺层开孔拉伸试件,随后进行了试验研究;采用Abaqus建立基于二维Hashion失效准则的渐进损伤仿真模型,并对试验结果进行了对比,分析了试件的损伤机理。研究结果表明:层合板强度随开孔增大而减小,并且这种变化率随孔径增大而增大,45°铺层的层合板的变化率小于0°铺层,WFL小于UFL;WFL的破坏以纤维断裂为主,裂纹垂直于纤维方向,UFL以基体开裂为主,裂纹沿纤维方向,孔径则对破坏模式无明显影响;0°铺层WFL的破坏是由纤维拉伸失效导致,45°的则由纤维拉伸失效和基体拉伸剪切失效共同导致,0°铺层UFL由基体压缩失效导致,45°的则由基体拉伸剪切失效导致;拉伸强度的仿真与试验结果最大误差为14.1%,由此验证了仿真计算方法的有效性。

三明治复合材料加筋L型接头的弯曲承载能力和损伤机理

针对一种三明治复合材料加筋L型接头,介绍了其结构形式和成型工艺,通过试验测试了接头的弯曲承载能力,分析了接头的破坏模式,并对其损伤机理进行了研究,以探求接头的技术改进路径。研究结果表明:L型接头具有良好的吸能效果,在结构发生大变形破坏时,仍具有较高的弯曲承载能力;L型接头的破坏主要发生在垂横加强筋的相交处,初始损伤是相交处侧面的玻璃钢和芯材发生界面分离;工程上应将改进L型接头垂横加强筋相交处的蒙皮和芯材之间的连接工艺作为提高接头承载能力的技术路径。

复合材料帽型加筋层合板典型板元的等效刚度计算

基于经典层合板理论和刚度等效原理,推导了复合材料帽型加筋层合板典型板元的等效面内刚度和等效弯曲刚度的理论解,通过具体算例,将多种工况下典型板元的受力响应和Abaqus有限元计算结果进行比较,结果显示理论解和有限元计算结果吻合较好,说明理论计算方法是准确可靠的。本文的研究成果可应用于复合材料加筋层合板和单板骨架式复合材料船体结构的刚度计算。

弹性基础正交异性矩形板弯曲问题的能量法求解

针对弹性基础上正交异性矩形板的弯曲问题,根据双三角挠度面函数假设和叠加原理,采用能量法求解了四边简支和四边固支时均布载荷作用下弹性基础板挠曲面函数,并进一步推广到一般边界条件和载荷条件下弹性基础各向异性板弯曲问题的求解。通过算例分析,求解了四边固支均布载荷作用下弹性基础正交异性板弯曲问题,并与有限元结果进行比较。结果表明,此方法计算精度较高,当级数项达到10～12时挠曲面函数收敛;对于四边固支板,增大边界尺寸和刚性系数会使边界效应的影响区域减小,中心区域的挠度近似为q0/k。

深水静压载荷作用下多层夹芯结构相似特性分析

为深入研究大尺度多层夹芯厚板结构静压形变特征,基于量纲分析方法,进行深水静压载荷作用下多层夹芯结构相似特性分析,建立了缩比模型和原始模型的位移及应力应变之间的相似特征关系。通过具体算例分析,提出了表层弯曲刚度对相似特征的影响规律系数,即影响因子,开展了影响因子随模型缩比率的变化规律研究,并给出了影响因子的具体求解步骤。最后通过有限元仿真,对比了几种不同的模型缩比方案,结果验证了本文提出的模型缩比方案的合理性和优势。

一种新型复合舱壁结构的静力优化设计方法

针对一种新型的复合舱壁结构开展静力学分析和优化设计,首先求解复合舱壁在横向载荷作用下的挠曲面近似表达式;其次提出复合舱壁的钢板屈曲载荷和层合板屈曲载荷的匹配关系;最后,以质量最小为优化目标,开展复合舱壁的静力学优化设计,建立优化数学模型,并提出优化流程,即确定边界条件,开展屈曲优化设计,确定钢板和层合板的材料选型和最佳厚度,进行弯曲性能的优化,确定陶瓷棉的材料选型和最佳厚度。

复合材料面板对筒型基座整体抑振机制影响规律研究

提出一种新型复合材料筒型基座结构形式,其面板采用夹芯结构设计;通过系统阻抗特性分析理论预测面板结构及材料参数对基座减振性能的影响规律;针对夹芯面板开展静/动力学特性试验;以振级落差为减振效果评价指标,通过激振试验研究面板结构参数对基座抑振机制的影响规律。研究结果表明:在频段ω<400 Hz,夹芯面板刚度能有效控制基座减振性能,随着频率的增加,面板刚度抑振机制减弱,阻尼高频损耗抑振机制增强;夹芯面板芯材厚度的增加对基座高频抑振性能优于表层厚度增加;面板对基座减振耗能贡献高于环壁间阻尼芯材。

深水环境下粘弹性复合材料夹层结构蠕变特性研究

文章结合单轴压缩蠕变试验和粘弹性材料广义Maxwell建模理论得到吸声和浮体两种粘弹性填充材料的松弛模量Prony级数系数,开展了深水环境下粘弹性复合材料夹层结构蠕变特性试验,并将之与仿真研究结果进行对比,得到如下结论:复合材料夹层结构长时蠕变初期,芯材蠕变较表层复合材料占主导地位;随着时间增加,表层复合材料基体的粘弹性特性所表现出的蠕变和松弛现象交织出现,表层应变出现波动;芯材蠕变对复合材料夹层结构长时蠕变变形的贡献约为60%。

静压卸载后夹层结构界面蠕变失效特性分析

深水静压载荷作用下夹层复合材料结构上下表层弹性弯曲凹陷,其黏弹特性芯材将发生压缩形变,并随时间延长而产生蠕变形变,卸载后在表层弯曲刚度回复载荷作用下,表层与芯材界面将存在正应力σz。采用Maxwell模型建立芯层和界面层黏弹性材料本构模型,推导并得到了反映夹层结构界面层应变随时间变化规律的表达式;以最大正应变为界面层失效判据,综合分析了芯材与界面黏结材料的黏弹特征参数、表层弯曲刚度以及芯层厚度对界面层失效特性的影响规律。结果表明:芯层黏度系数ηc是影响模型蠕变的主要因素,表层弯曲刚度对模型蠕变的影响与达到最大正应变的时间有关,在材料选定后适当增加芯层厚度可减小界面层的应变。

插接眼环纤维绳破断强度分析

该文基于材料力学实验教学理念,通过对三种不同插接花数纤维绳进行拉伸破断试验,数据化对比分析绳缆强度与眼环插接强度的关系,通过绳缆拉伸力与位移曲线特征解释了绳缆断裂的详细过程与内在变化,总结出插接眼环强度与插接花数之间的规律,为纤维绳眼环插接强度教学工作提供了试验数据补充,科学地解释了教材中经验公式与经验工艺的原理。

分布载荷作用下简支功能梯度夹层板的弯曲分析

研究了四边简支具有功能梯度芯材的夹层板在分布载荷作用下的弯曲问题。基于Reissner假设,根据功能梯度材料的本构方程得出了应力、位移及内力的表达式,得到功能梯度夹层板的平衡方程;针对四边简支的边界条件,通过将挠度w与横向剪力Qx、Qy用双三角级数展开的方法,求解平衡方程。采用本文方法分别求解了均布载荷作用下、芯材弹性模量线性变化的功能梯度夹层板与芯材为均质各向同性材料的夹层板的弯曲挠度,并通过与经典解及有限元解进行比较,证明了本文方法的正确性。

梯度弹性基础上正交异性薄板的弯曲

基于能量法和变分原理,采用双参数弹性基础模型,研究了梯度弹性基础上正交异性薄板在分布载荷作用下的弯曲问题.首先,根据能量法与变分原理,给出了梯度弹性基础上正交异性薄板的弯曲微分平衡方程,并得到了梯度弹性基础刚度系数K1与K2的计算表达式;进而,假设z向正应力在厚度方向上均匀分布,推导了弹性基础z向位移衰减函数φ(z)的计算式.在算例中,通过将梯度弹性基础退化为均质基础,并与Vlazov模型对比,证明了论文理论的正确性;最后,求解了弹性模量呈幂律分布的梯度基础上薄板的挠度分布,分析了基础上下表层材料弹性模量比λ与体积分数指数n对薄板挠度分布的影响.

复合材料加筋壁板的弯曲计算和刚度优化

建立了分布载荷作用下四边固支复合材料帽型加筋壁板弯曲变形的理论模型。通过算例比较理论计算和有限元仿真的结果,验证了理论模型的可靠性。在该理论计算模型的基础上,借助优化软件Isight,开展铺层角度和几何尺寸对目标函数的灵敏度分析,寻找主要设计变量并开展其对目标函数影响的研究以及加筋壁板刚度的优化设计。研究结果显示,面板和帽形筋外侧的铺层角、帽形筋高度以及斜边与面板的夹角是影响加筋壁板弯曲刚度和挠度的主要变量;加筋壁板弯曲刚度优化的主要方向是提高纵向弯曲刚度系数。对于同一优化目标,借助Isight平台可得到多种优化方案,工程设计人员可根据具体需求从中选择合适的方案。

复合材料L型接头的承载性能和损伤机理研究

通过试验和数值计算分析了三明治复合材料L型接头的弯曲承载性能和损伤机理.首先,进行了三种尺寸接头试件的压弯试验,分析了过渡区倒角半径和蒙皮厚度对接头承载能力的影响,并对其损伤特征进行了分析;然后,开展芯材压缩试验,获取芯材塑性参数,并建立了芯材压缩的数值仿真模型;最后,建立了L型接头在试验条件下的准静态仿真模型,将仿真结果和试验结果进行比较,分析了接头的损伤机理及承载能力随过渡区倒角半径和蒙皮厚度的变化规律.结果显示:压弯载荷作用下,三明治复合材料L型接头的损伤是由过渡区芯材的塑性变形导致,通过增大过渡区倒角半径和蒙皮厚度,可以显著提高接头的承载性能;仿真结果和试验结果符合较好,验证了数值计算模型的合理性.