基于Lamb波和改进贝叶斯融合算法的CFRP边缘分层损伤分析

贝叶斯融合法在CFRP上的损伤定位分析结果比较好,但在传感器网络边缘区域会出现比较明显的定位误差。为解决原有算法对传感器网络边缘的分层损伤定位不精确的问题,分析了两种不同损伤因子构成的贝叶斯融合算法在CFRP上的损伤定位效果,验证了以ToF损伤因子形成的贝叶斯融合算法对CFRP损伤定位的可行性,以及贝叶斯融合算法对边缘分层损伤的定位精度;在以损伤因子DI所形成概率成像算法的基础上,以衰减更快的指数权重代替线性权重,将改进的概率成像算法重新代入以贝叶斯为框架的算法中形成一种新的贝叶斯融合算法。结果表明,与现有的融合重构算法相比,改进的融合重构算法至少将损伤定位精度误差减少了58%,定位误差不大于5 mm。

基于均匀网格的复合材料层合板分层损伤建模

基于扩展逐层法(XLWM,extended layerwise method)、多维最大熵原理和分层前缘跟踪算法,建立了一种用于分析复合材料层合板分层损伤的均匀网格快速建模和分析方法(FUGD,fast uniform-grid delamination)。利用该方法可通过C扫描(或X射线)图像和二维均匀有限元网格快速建立分层损伤分析模型。首先,基于多维最大熵原理和扫描图像上的像素点灰度值重建分层区域,处于分层区域的有限元节点被标记为分层节点;然后,通过分层前缘跟踪算法和已标记为分层的节点精确地跟踪分层前缘;最后,以含方形、圆形、双圆形分层区域的方形层合板为例,验证该方法的有效性。

考虑分层损伤的平纹编织SiC/SiC弯曲失效模拟

平纹编织SiC/SiC是航空发动机热端部件的理想材料,由于其层间性能较弱,在进行力学行为和失效机理研究时需要考虑材料分层损伤的影响。采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了平纹编织SiC/SiC复合材料在四点弯曲下的失效模式和破坏过程,通过数字图像相关法(DIC)技术实时观测试件分层损伤萌生和扩展过程。试验结果表明,分层破坏是复合材料四点弯曲最主要的失效形式。进一步,基于内聚力模型预测了平纹编织SiC/SiC复合材料梁的弯曲强度、分层萌生及扩展。预测结果与试验吻合较好,说明本文建立的数值模型是可行的。对内聚力模型中的参数进行研究,计算结果表明,法向应力极限值对弯曲曲线的初始斜率和峰值载荷均有一定的影响,而剪切应力极限值以及拉伸断裂能只对弯曲极限载荷有影响,剪切断裂能对数值模拟影响较小,失效载荷预测误差小于10%。

聚合物基复合材料分层损伤缺陷的研究现状及展望

聚合物基复合材料因具有比强度高、比模量高,疲劳性能好、耐腐蚀等优点,在航空航天等领域中有广泛的应用。然而,聚合物基复合材料存在分层失效现象,对其结构强度及刚度有显著影响,从而给轻量化设计和实际工程应用带来严峻的挑战。从数值模拟及实验表征的角度总结了聚合物基复合材料分层损伤研究现状,系统论述了粘聚力单元技术和扩展有限元技术在分层裂纹扩展方面的应用研究进展,介绍了有限元模拟及原位声发射技术等主要研究方法,指出通过声发射信号参数的处理能够实现聚合物基复合材料分层损伤模态的预测与识别,展望了聚合物基复合材料分层损伤缺陷机器学习研究前景。

基于声发射的碳纤维复合材料孔出口分层损伤识别

针对CFRP钻削制孔加工过程中的孔出口分层缺陷监测问题,本文基于声发射检测技术开展了CFRP钻削孔出口分层损伤识别研究。通过破坏性分层试验提取与分层损伤相关的声发射及轴向力信号的时、频特征,以此作为判断钻削分层损伤的信号依据,并开展钻削试验,结合实际损伤形貌对CFRP层合板的孔出口分层损伤进行识别。研究表明:当产生钻削出口分层损伤时,瞬时钻削轴向力会高于临界轴向力;声发射信号的时域幅值将出现突变,频域信号的中、高频段信号强度也会有明显增加。通过显著的信号时、频特征可对钻削孔出口分层损伤进行有效识别,为实现在线监测、控制CFRP层合板钻削分层损伤的研究提供了思路。

基于预制分层损伤方法的复合材料三次冲击损伤研究

在ABAQUS/Explicit中建立复合材料层合板三次冲击的三维仿真模型,采用预制分层损伤的方法,将前一次冲击损伤的状态变量预制进下一次冲击模型中,并将三维Hashin准则和刚度退化方案编入VUMAT子程序中。对层合板三次冲击过程中的层内损伤、层间损伤和接触力进行分析。结果表明,仿真结果与冲击试验结果吻合良好,所建立的模型可以较好地反映复合材料层合板三次冲击下的损伤演化过程。和后续冲击相比,第一次冲击的最大接触力最小,分层损伤的形状主要由第一次损伤形成,后续冲击仅增加分层损伤的损伤面积。

飞机用复合材料结构分层损伤研究进展

复合材料是现代飞机工业不可缺少的重要结构材料,而复合材料层合板结构的分层损伤问题一直是飞机研制过程中经常要面对的结构问题。文章综述了飞机用复合材料分层损伤问题的研究进展,介绍了为保证复合材料结构的正常工作而采用的常用无损检测方法,并报道了国内外学者在含分层损伤复合材料层合板实验及数值模拟方面所做的研究。

含分层损伤复合材料层合板前后屈曲行为研究

采用基于Ｍｉｎｄｌｉｎ一阶剪切理论的四节点板单元，分析了简支和固支两种边界条件下含圆形分层复合材料层合板前后屈曲行为。结果表明，尽管浅部分层的存在使层合板的前屈曲临界载荷大幅度下降，但层合板仍能继续承受很大的后屈曲载荷，这种情况下的前屈曲是由于分层部分的局部行为造成的。同时，在相同的铺设和分层厚度及边界条件下，分层半径越大，后屈曲临界载荷越低，固支下的后屈曲临界载荷比简支下的临界载荷高。

复合材料Ⅱ型分层损伤演化声发射监测

通过风电叶片复合材料Ⅱ型分层扩展力学性能实验,并借助声发射技术手段,研究复合材料[0/0]、[0/45]和[+45/-45]层间界面损伤演化特性。复合材料试件弯曲加载时,采用声发射实时监测整个分层损伤过程。结果表明,[0/0]复合材料分层试件裂纹扩展快、分层面积大、前沿平齐,不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;受±45°方向纤维作用,[0/45]和[+45/-45]复合材料试件不稳定分层扩展前声发射撞击累积数较高,裂纹扩展相对缓慢,分层面积小,前沿不齐。复合材料分层损伤演化可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。

含有分层损伤的复合材料加筋层合板的屈曲性态研究

基于 Mindin假定推导了考虑剪切的复合材料加筋层板的有限元列式 ,并在此基础上计算出筋间基板含嵌入分层以及筋与基板连接处含穿透分层的加筋层合板在受压缩载荷情况下的屈曲模式和临界力。本文所给出的有限元方法及结论对从事复合材料结构设计的工程人员具有参考价值。

分层损伤复合材料加筋层合板屈曲和后屈曲性态研究

基于板的一阶剪切理论和Von-Karman大挠度理论,提出了含嵌入分层的复合材料加筋层合板在受压缩荷载作用下的前、后屈曲分析的有限元方法,并推导了相应的有限元列式,分析中还考虑了分层前缘的闭合接触效应.通过典型算例,研究了复合材料加筋层合板的屈曲和后屈曲性态与加强筋的分布、分层形状、分层位置及分层大小等因素的关系.

含分层损伤复合材料层合板分层扩展研究

采用基于Ｍｉｎｄｌｉｎ一阶剪切理论的四节点板单元，分析了含椭圆分层复合材料层合板分层扩展行为．利用虚裂纹闭合技术计算分层前缘处的总能量释放率，并采用总能量释放率准则作为分层扩展准则：结合自适应网格移动技术，并考虑了分层前缘闭合接触效应，对复合材料层合板的分层扩展行为进行了模拟分析．结果表明，初始分层形状对其扩展方式有很大影响．

分层损伤和完好复合材料薄壁加筋板的后屈曲承载能力及破坏形式

利用冲击试验对先进飞机上常用的复合材料薄壁加筋板预制分层损伤,通过剪切试验研究了完好试样和损伤试样在剪切载荷下的屈曲、后屈曲承载能力及破坏形式。结果表明:分层损伤会降低复合材料薄壁加筋板的刚度,并改变其破坏形式,使其在剪切过程中出现明显的局部屈曲,进而大大降低其屈曲失稳载荷、后屈曲承载载荷和破坏载荷。

含分层损伤复合材料层合板的精化有限元法

提出了一种以勒让德多项式逼近位移场的含分层损伤的复合材料层合板的高阶理论精化有限元模型．该模型考虑了横向剪切变形沿层板厚度的分布规律，满足层板上下表面及分层处上下表面横向剪应力为零的条件；对分层损伤区域内的层板刚度进行了修正．

含分层损伤复合材料加筋层合板的动承载能力

采用有限元方法研究了含穿透分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应和承载能力。根据复合材料层合板一阶剪切理论,推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式;同时采用Adams应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法,构造了相应的阻尼阵列式;为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象,建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析中分层分析模型和虚拟界面联接模型。并采用Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法,对在动荷载作用下含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了破坏和承载能力分析。通过典型算例分析,分别讨论了外载频率、分层深度、筋的位置以及破坏过程中刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征和承载能力的影响,得到了一些具有理论和工程价值的结论。

含椭圆分层损伤复合材料层合板分层前缘接触效应研究

采用基于 Mindlin一阶剪切理论的四节点板单元 ,分析了分层前缘闭合接触效应对含椭圆分层复合材料层合板前后屈曲行为的影响。通过在分层区域内引入虚杆单元来防止上、下子板发生相互重叠 ,并假设接触区内没有摩擦。结果表明 ,分层前缘的闭合接触效应受分层几何形状的影响很大 ,当椭圆分层子板的长轴与压缩载荷方向一致时 ,闭合接触效应对含分层层合板前后屈曲行为最大。

低速冲击作用下泡桐木夹层梁界面分层损伤机理

纤维增强复合材料泡桐木夹层梁在使用过程中不可避免地会遭受各种各样的低速冲击作用而发生损伤,直接影响其剩余承载性能,本文假定泡桐木芯材在低速冲击作用下,会发生分层连续屈曲破坏,同时结合理想弹塑性地基理论,建立了泡桐木夹层梁相应的界面分层损伤数值模型。基于该模型,以塑性变形为参数计算了低速冲击时最大接触力的大小,并与试验结果相对比,误差在合理范围之内。

含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋圆柱壳(AGS)的热-机耦合非线性屈曲分析

采用基于复合材料一阶剪切理论的有限元法研究了含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋(AGS)板壳结构的热-机耦合屈曲性态,在屈曲分析中考虑了材料热物理、力学性质与温度相关特性和分层损伤处的上子板、下子板的接触效应。同时在分层前缘采用了位移约束条件以保证分层区域的各子板的变形相容要求。通过一含多分层损伤的典型复合材料格栅(AGS)圆柱壳结构算例分析,讨论了在热-机耦合作用下分层大小、个数和分层位置对该结构屈曲性态的影响。结果表明:复合材料格栅(AGS)圆柱壳结构具有较强的抗热屈曲的能力和良好的损伤容限性。该文提出的方法和所得结论将对AGS结构的热-机耦合屈曲能力的预测和损伤容限设计具有一定参考价值。

含层间分层损伤复合材料层合板的动力响应研究(英文)

本文研究了含层间分层损伤复合材料层合板分层模型、阻尼和动力响应特征。在分层区上下子板间构造一种特定的界面连接单元 ,以防止分层处子板间的脱离或嵌入现象。为确定合理的有限元分析中的阻尼矩阵形式 ,文中进行了多种计算方式的比较 ,并做了T300/QY8911层合板梁的激振试验 ,依据耗散能等效 ,提出对阻尼矩阵构造的改良方法 ,使系统有限元动力响应分析中 ,既包含较多模态参数对结构响应的作用 ,又避免阻尼矩阵的满阵形式以利于有限元分析的计算机实施。利用时域直接积分法对稳态激励下的响应特征进行了研究 ,通过对界面连接单元刚度对动力特性影响的计算 ,给出分层受损复合材料层合板的动力响应特征 ,为含层间分层损伤层合板动力分析提供了一个有效方法,同时 。

含分层损伤复合材料加筋层合板的分层扩展研究

建立了复合材料加筋结构的后屈曲和分层损伤扩展行为的数值模拟方法· 基于Mindlin一阶剪切理论和von＿K rm n大挠度理论的层合板和层合梁单元,提出了含分层损伤复合材料加筋层合板分层扩展行为的有限元分析方法;利用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率,并采用总能量释放率准则分层扩展判据,结合自适应网格移动技术,对在压缩载荷作用下的具有不同加筋形式,不同初始分层面积和形状的加筋板结构分层扩展行为进行了数值模拟研究,在分析中还考虑了加筋刚度、位置和分布,分层形状和大小。