热塑性AS4/PEEK层合板基体损伤的实验研究

本文将长距离显微云纹干涉方法与显微放大技术相结合,在轴向拉伸载荷下,对AS4/PEEK[0/±45/90]2S层合板层间变形、纤维-基体脱粘和基体裂纹进行了从小变形到大变形直至分层损伤的全过程实时、定量的细观变形测量分析.实验表明:AS4/PEEK[0/±45/90]2S层合板亚临界损伤的主要特征,是中间90°/90°层基体中出现具有一定间隔的基体裂纹群.初步探讨了热塑性复合材料AS4/PEEK层合板基体的非弹性变形和损伤过程的一些基本特征.

厚热塑性复合材料AS4/PEEK角铺设层合板的层间应力分析

将表征热塑性复合材料AS4 /PEEK非线性行为和应变速率相关行为的三维弹塑性模型通过程序加以实现。将程序计算结果和文献实验结果相比较可以发现,二者吻合较好,验证了所生成程序的有效性。计算了厚的AS4 /PEEK角铺设层合板[±25]s4在不同界面上的层间应力。由层间应力的三维分布图,分析了不同界面上层间应力的分布特征,并说明了可能引起层间分层的主要因素。

单向热塑性复合材料层压板偏轴拉伸试验及其数值模拟

AS4/PEEK作为一种高性能的热塑性复合材料在航空航天、军事和汽车等领域应用广泛.对不同角度的单向AS4/PEEK层压板进行偏轴拉伸试验,获得了相应的应力-应变曲线、拉伸强度和断裂面角度.在数值模拟中,采用单参数三维塑性模型描述AS4/PEEK的非线性力学行为,模型中的塑性参数使用信任域反射算法得到.结合LaRC05准则和裂纹带理论开发了基于Abaqus的用户材料子程序VUMAT,并将其应用于偏轴拉伸的数值模拟.结果显示该三维弹塑性损伤本构模型能够较准确地模拟AS4/PEEK的塑性效应,且预测的拉伸强度与试验结果吻合良好.本文提出的三维弹塑性损伤模型为热塑性复合材料塑性变形和损伤的综合分析提供了一种准确且有效的方法.

热塑性复合材料层合板的层间应力与损伤机理

使用有限元生成软件FEPG和表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维粘塑性模型,计算了复合材料角铺设层合板在单向拉伸时的界面层间应力.层间应力的三维分布图表明,AS4/PEEK对称角铺设层合板的层间剪应力在自由边缘处存在很明显的自由边缘效应;层间正应力也存在自由边缘效应,对于轴向拉伸,其在自由边缘处的值为负.随着铺设角的增大,自由边缘处二者的值均减小.层间应力存在端头效应,甚至比边缘效应还明显.随着铺设角的增大,层间应力在两端头处的值降低,层间正应力由压应力变为拉应力.主要由纤维控制的角铺设AS4/PEEK层合板,在自由边缘处较大的层间剪应力是引起其层间分层的主要原因;主要由基体控制的角铺设AS4/PEEK层合板,其首先产生的是面内应力破坏,而不是层间分层.

热塑性复合材料的黏塑性有限元法

为了对热塑性复合材料AS4/PEEK进行黏塑性分析,基于北京某公司的有限元自动生成软件系统(FEPG),对反映AS4/PEEK非线性行为和应变速率相关行为的三维黏塑性模型编制了相应的黏塑性有限元程序,计算了不同铺设角(15°、30°、45°和90°)的单层板在应变率分别为1×10-5s-1和0.1s-1下的应力应变曲线,在纵向等应变率加载条件下,研究了差分系数θ分别为0、0.5、0.65、0.85和1以及时间步长△t分别为0.001s、0.002s和0.003s的变化对计算结果的影响.研究结果表明,有限元程序所得到的应力应变曲线与实验结果基本吻合,验证了程序实现的正确性;不同的差分系数对所得到的应力-应变曲线影响甚微,时间步长对计算结果影响较弱.

开孔热塑性复合材料的三维弹塑性面内应力分析

本文利用一单参数三维塑性模型对AS4/PEEK热塑性复合材料的塑性行为进行表征。利用有限元程序生成系统FEPG,将复合材料的三维单参数塑性模型引入该系统中,编制了相应的有限元程序。通过将本文的有限元计算结果与文献实验结果进行对比,证明了所生成程序的精确性。并对AS4/PEEK热塑性复合材料层合板[0/90]s的面内应力进行了计算与分析。给出了0°层与90°层的面内应力。0°层的最大应力σx大约是90°层相应值的20倍,这主要是由于热塑性复合材料AS4/PEEK的纵向和横向模量存在很大的不同,并且具有明显的弹塑性行为所造成的。