含分层损伤复合材料层合板压缩剩余强度计算

本文针对含分层损伤复合材料层合板,基于三维复合材料累积损伤分析方法,应用了非线性有限元技术,考虑了子层屈曲对层合板剩余强度的影响,提出了一种含初始分层损伤的复合材料层合板压缩剩余强度计算方法。在ANSYS软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,对五块含不同初始分层损伤的复合材料层合板进行了压缩剩余强度计算和结果分析,计算结果与试验结果相比较,吻合良好。

含初始分层复合材料层合板压缩剩余强度计算

针对含预制分层损伤的树脂基复合材料层合板,利用 3 维逐渐损伤分析方法,建立含预制分层损伤层合板的有限元模型,提出了 1 种含预制分层损伤的层合板压缩剩余强度的计算方法。采用有限元方法对层合板的应力进行分析,采用 3 维 Hashin失效判定准则判定单元的损伤类型,并提出相应的损伤退化方式和材料的最终失效准则,在 ANSYS 软件开发平台上利用 APDL 语言编写相应的计算程序,对 2 种含不同预制分层损伤的层合板计算其压缩剩余强度,结果表明:计算结果与试验结果吻合较好。

湿/热环境对环氧树脂复合材料冲击后压缩剩余强度的影响

将带孔复合材料放置于湿/热环境中处理,将低速冲击、压缩力学测试与数字图像相关技术(DIC)相融合,研究其抗冲击性能及冲击后压缩性能变化规律及机理。首先对复合材料进行湿/热处理,利用吸湿率与失重率评价处理程度,其次对处理后层合板进行低速冲击试验,再进行冲击后压缩(CAI)试验评估剩余性能,同时对压溃过程进行DIC信息数据采集,最后使用扫描电子显微镜(SEM)进行微观损伤形貌表征。结果表明高温环境对复合材料影响更大。DIC技术采集的应变数据与应变仪(SG)结果差异较小,且DIC数据离散度更低,具有代替应变仪的可行性。微观形貌上,湿度环境影响环氧树脂黏合纤维,基体吸水膨胀,热环境下基体与外界空气反应,层内基体收缩,但仍与纤维黏合。

含分层CFRP层合板结构的振动频率与剩余压缩强度的关联性研究

纤维增强复合材料层合结构在生产和使用过程中容易出现分层损伤,为研究分层损伤对复合材料层合结构压缩强度的影响,本文对含有不同预制分层缺陷的复合材料层合板进行了模态测试,提取固有频率,并通过静强度压缩试验得到剩余压缩强度。主要研究了在复合材料层合板的中间界面预埋不同尺寸的穿透型分层对其固有频率及剩余压缩强度的影响。基于ABAQUS平台建立了含预制分层的复合材料结构有限元模型,将仿真结果与试验结果进行对比,验证了仿真模型。采用有限元模型进一步分析分层损伤对频率以及剩余压缩强度的影响。结果表明:试件的固有频率随预制分层损伤面积增加而下降;与无初始损伤试件相比,含有预制分层的试件,其压缩破坏的位置主要集中在预制分层缺陷的铺层,且随预制分层的尺寸变化呈现不同程度的分层扩展;改变层合板的铺层时,随着分层损伤尺寸增加,复合材料层合板的压缩强度与其固有频率均逐渐下降;试验和仿真分析皆表明复合材料层合板的固有频率与其剩余压缩强度具有定量的关联性,但关联性受铺层影响,改变铺层将导致二者的指数关系发生变化。

CFRP层合板的二次低速冲击及剩余压缩强度试验研究

以碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板为研究对象,在结构的相同位置进行二次低速冲击,考察二次冲击时结构的动力响应和冲击后的剩余压缩强度,并与单次冲击的结果进行对比。在总冲击能量相同的前提下,采用落锤法对CFRP层合板进行冲击试验,得到结构单次和二次冲击的动力响应、能量吸收规律。采用超声波C扫描技术观测CFRP层合板内部的冲击损伤后,对CFRP层合板进行剩余压缩强度试验。系统研究和对比了单次和二次冲击对CFRP层合板在结构动力响应、能量吸收、损伤情况和剩余强度的影响。结果表明:总冲击能量分别为20 J、30 J、40 J时,二次冲击层合板试件吸收的总能量分别是单次冲击的52.50%、67.56%、81.41%,损伤总面积分别是单次冲击的60.58%、64.59%、80.60%;单次冲击后结构的剩余压缩强度分别是二次冲击的76.76%、78.65%、92.40%。此外,CAI-冲击能量、CAI-吸收能量和CAI-损伤面积曲线均在20 J的冲击能量下存在拐点。

碳纤维增强复合材料层压板的雷击烧蚀损伤及剩余强度分析

轻质高强的碳纤维增强复合材料(CFRP)已广泛应用于飞机结构中,但是相较于金属而言其导电性能较弱,因此必须考虑雷击的影响。由于雷电流分量C波通常对CFRP造成的损伤最为严重,因此本文建立了C波的热电耦合模型和CFRP层压板的有限元模型,模拟CFRP层压板在C波作用下的雷击损伤。雷击后,CFRP层压板内部在室温下存在热辐射和热传导,会使得损伤进一步扩展。基于扩展后的损伤,使用Hashin准则进行失效判定,预测了CFRP层压板的剩余压缩强度。

混杂复合三明治结构低速冲击特性及剩余压缩强度研究

采用实验和仿真相结合的方法,探究蜂窝夹层结构在不同冲击能和不同边界条件下的冲击特性及剩余压缩强度。用Vumat子程序建立三维渐进失效准则,通过实验验证仿真模型的有效性。结果表明,简支试样更容易发生损伤,峰值力也更低,但吸能效果略好。同时,简支试样冲击后的剩余压缩强度较低。当冲击能较低时,边界条件对剩余压缩强度有着重要影响。而在较大的冲击能下,边界条件对剩余压缩强度的影响可以忽略。

两次冲击距离对CFRP层合板冲击损伤和剩余压缩强度的影响

为了研究预损伤冲击对复合材料二次冲击及冲击后压缩行为的影响,对复合材料层合板进行预损伤冲击试验、二次冲击试验及冲击后压缩试验,探究预损伤冲击和二次冲击之间的距离与冲击损伤和剩余压缩强度之间的关系。基于三维Hashin准则和渐进损伤刚度退化方案,在ABAQUS/Explicit中建立预损伤冲击-二次冲击-压缩仿真模型,采用预制分层损伤的方法,将第一次冲击损伤预制进第二次冲击模型中。研究表明:所建立模型的仿真结果与试验结果吻合良好。当两次冲击距离小于两次冲击损伤面积纵向半径和的125%时,二次冲击损伤沿纤维方向向预损伤冲击位置延伸。当第二次冲击与预损伤冲击的距离为两次冲击损伤面积纵向半径和的150%时,剩余压缩强度最小,对层合板造成破坏最大。

小尺寸试件层合板低速冲击后的剩余压缩强度

使用一种小尺寸试件试验方法来测量复合材料层合板低速冲击后的剩余压缩强度(CAI),以便减少试验费用,降低材料研制成本和周期。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余压缩强度估算的一种软化夹杂模型。该模型将冲击损伤等效成圆形低刚度的夹杂,用8节点等参元分析层合板的应力应变状态,以点应力准则为压缩破坏判据。理论分析结果与试验对比显示,该模型简单有效。

层合复合材料板的低速冲击损伤及剩余压缩强度研究

针对复合材料层合板的冲击及冲击后的压缩破坏过程提出了一种全程分析方法。该方法应用三维逐渐累积损伤理论和分析技术,对层合板的冲击以及冲击后含损伤的层合板在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行分析,分析中没有对冲击后层合板的损伤状态做人为假设,而是把冲击后层合板的预测损伤直接用于剩余压缩强度研究,从而不仅提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度、铺层厚度的层合板受外物冲击以及冲击后的损伤状态及在压缩载荷下的逐渐损伤破坏过程和最终失效载荷。通过与已有文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。

复合材料低速冲击及剩余压缩强度实验研究

为了研究复合材料低速冲击特性和冲击损伤对剩余压缩强度的影响,对复合材料层合板进行落锤冲击实验和冲击后压缩实验。冲击实验中,采用声发射和超声C扫描技术对损伤过程和损伤大小进行监测。讨论了冲击能量对冲击响应、损伤面积以及剩余压缩强度的影响;最后对比分析了树脂基复合材料与陶瓷基复合材料在损伤阻抗和损伤容限上的差异。

复合材料层板低速冲击后剩余压缩强度

对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、背面基体裂纹长度、损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余强度估算的一种椭圆形弹性核模型。该模型将冲击损伤等效为一刚度折减的椭圆形弹性核,采用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元分析含损伤层合板的应力应变状态,并应用点应力判据预测层板的压缩(或压、剪)剩余强度。理论分析与试验结果对比表明,该模型简单有效。

含损伤复合材料层合板剩余压缩强度研究进展

综述了含损伤复合材料层合板剩余压缩强度的研究进展,重点介绍受低速冲击后复合材料层合板的剩余压缩强度问题,主要包括:(1)层合板压缩失效的损伤特征及损伤状态表征;(2)层合板压缩试验研究;(3)损伤模型分析及失效分析;(4)研究展望。

Nomex蜂窝复合材料冲击损伤及剩余压缩强度试验

针对Nomex蜂窝复合材料冲击损伤问题,研究蜂窝材料在冲击作用下的损伤行为。对试件进行预制冲击损伤试验和冲击形貌分析。测试剩余压缩强度,根据试件应变值变化情况得出试件的屈曲载荷和破坏载荷,并与未进行冲击试件对比分析。结果表明:冲击损伤后,Nomex蜂窝复合材料试件压缩屈曲载荷保持率为80.0%左右,破坏载荷的保持率为67.7%左右,破坏最大应变的保持率为62.9%。

含分层损伤复合材料层合板剩余压缩强度研究

准确预测含分层损伤层合板的剩余压缩强度，对复合材料具有十分重要的意义。本文基于层合板一阶剪切理论，建立了一种考虑复合材料多种损伤的含分层层合板刚度退化模型，通过数值算例分析了分层屈曲临界载荷与材料强度极限的关系以及刚度退化对含分层层合板前后屈曲行为的影响。

T300/QY8911层合复合材料低能量冲击后剩余压缩强度实验研究

本文对Ｔ３００／ＱＹ８９１１层合复合材料低能量冲击后的剩余压缩强度进行了实验研究，采用落锤（自由落体）冲击试验方法预制损伤，并利用Ａ扫描无损检测方法测定了冲击后损伤区的面积然后采用自行研制的板材压缩夹具（可防止试件在压缩过程中的整体失稳），应用电测技术测定Ｔ３００／ＱＹ８９１１层合复合材料低能量冲击后剩余压缩强度，并考虑了湿热环境对其影响。

含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度数值分析

综述了作者在含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度的研究方面所取得的一些近期进展 . ( 1 )基于“Zig-Zag”模型和 Mindlin一阶剪切变形板理论 ,推导了复合材料夹层板线性和非线性屈曲分析的有限元列式 ;( 2 )推导了材料性质与温度有关的复合材料夹层板增量求解形式的有限元列式 ;( 3)针对具有面板和芯体间界面开裂和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征 ,分别提出了分层模型和多标量损伤模型 ,并推导了多标量形式的损伤本构关系 ;( 4)建立了考虑桥联影响的具有表板与芯体开裂损伤的复合材料夹层板屈曲分析有限元列式 ;( 5)以整体 -局部变分原理为基础 ,提出了复合材料夹层板后屈曲分析的有限元分析方法 ,研究了含表板 /芯体开裂损伤的复合材料夹层板的后屈曲路径 .以典型结构为例 ,讨论了表板铺设方向、开裂面积大小。

复合材料T型加筋低速边缘冲击及剩余压缩强度的数值仿真分析

复合材料在航空结构件中大量应用,将T型加筋这类主承力构件复材化是当下的主要趋势。冲击损伤具有较低的可探测性,同时会显著降低结构的剩余压缩强度,对航空结构安全极具威胁。鉴于此,本工作提出了一种渐进损伤仿真流程,用于预测复合材料T型加筋受到冲击后的剩余强度。并通过试验实测数据与仿真模型预测值的对比,验证了本工作所述仿真方法的合理性和有效性。结果表明仿真模型能够定量地给出T型加筋的冲击损伤尺度、压缩破坏应变和剩余压缩强度。同时也能够定性地预测T型加筋在冲击后压缩载荷下的应力应变响应以及损伤位置。

编织型复合材料低速冲击损伤及剩余压缩强度研究

通过应用三维逐渐累积损伤理论和分析技术,建立了适用于编织型复合材料板的低速冲击(LVI)及冲击后压缩破坏(CVI)过程的一种全程分析方法。该方法对复合材料板的冲击以及冲击后含损伤板在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行分析,分析中把冲击后复合材料板的预测损伤直接用于剩余压缩强度研究,从而提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了与由MSC.NASTRAN求解器调用执行的模拟程序。

复合材料层合板低速冲击及其剩余压缩强度

为了研究冲击能量对层合结构冲击性能及吸能特性的影响规律,本文主要采用不同冲击能量作用下的复合材料层合板低速冲击性能及其剩余压缩强度的研究方法.通过低速冲击实验,研究了冲击能量对复合材料层合板的损伤影响.通过准静态压缩试验,较好地分析冲击能量对试件的压缩剩余强度的影响.