含孔复合材料层合板的单轴拉伸渐进损伤研究

针对复合材料的分层现象,结合考虑材料脆性断裂的三线性内聚力模型,通过Fortran语言,编写了Abaqus用户子程序,建立了三维的含孔复合材料层合板渐进损伤分析模型。针对4种不同的铺层方式,进行了单轴拉伸试验,使用大型商用有限元分析软件Abaqus进行建模,对层合板的孔边损伤进行了分析。结果表明,模型可以较好地预测含孔复合材料层合板单轴拉伸失效的极限载荷和损伤形貌,层合板的失效区域主要集中于孔边。此研究方法和成果可为复合材料层合板设计和维修提供参考依据。

弱酸腐蚀下含孔砂岩动态压缩力学特性试验研究

为探究腐蚀作用时间对含孔砂岩试件动力学特性的影响规律,为地下工程安全提供参考,使用pH值为5的弱酸溶液对含孔砂岩试件进行1、3、5、7、14、21、28 d的腐蚀处理,测试其基本物理参数,利用SHPB试验装置进行冲击压缩试验获取动态力学参数。结果表明:弱酸溶液腐蚀含孔砂岩试件会导致质量损失、体积膨胀和密度减小,且这些劣化效应随时间增长而加剧;随腐蚀时间增长,含孔砂岩试件的动应力-应变曲线显示塑性变形阶段逐渐平缓,试件脆性减弱,延性增强;含孔砂岩试件的动抗压强度、动弹性模量和平均应变率等动力学参数随腐蚀时间增长而劣化。

高温循环作用含孔砂岩动态力学特性试验研究

为研究高温循环作用含孔砂岩动态力学特性,利用SHPB试验装置对常温和经历200~800℃高温循环作用后含孔和完整砂岩试件开展冲击压缩试验。研究表明:随循环作用温度升高,砂岩试件由灰色逐渐变成褐色;质量损失率、体积膨胀率和密度降低率等物理参数均呈增大趋势,超过400℃时变化幅值显著增加;常温砂岩含有少量微孔隙,随循环作用温度升高试件表面微孔隙数量增多、宽度增大。高温循环作用后含孔试件动抗压强度呈二次函数关系减小趋势;动应变和动弹性模量则分别呈幂函数增大和线性函数关系减小趋势。随循环作用温度升高,试件破碎程度加剧,破碎块度减小,分形维数呈幂函数关系增大趋势;循环作用温度超过400℃时,试件动抗压强度、动应变、平均粒径和分形维数变化幅值均显著增大。研究成果对深部矿山资源开采和地热利用具有一定参考价值。

含孔复合材料层合板拉伸强度研究

对含孔复合材料层合板的破坏模式和拉伸强度进行了研究,考查了孔的直径和形状对层合板强度的影响.通过实验研究,测量出含孔层合板的强度.利用有限元软件ABAQUS的子程序USDFLD建立了逐渐损伤失效模型,对层合板的强度进行了数值模拟.研究结果表明,数值模拟得到的强度值和实验测量的强度值吻合较好,文中建立的数值模型可以有效地预测含孔层合板的强度.

含孔平面编织混杂铺层层合板压缩破坏仿真

对ANSYS软件平台进行了二次开发,建立了平面编织混杂铺层层合板损伤累积有限元模型,对含孔平面编织混杂铺层层合板的压缩破坏行为进行了仿真计算.研究结果表明,所建模型能够较好地仿真含孔平面编织层合板的损伤破坏过程,并能准确预测层合板的损伤类型、损伤扩展以及破坏强度;同时提出并验证了适合该类型层合板的损伤判据和衰减准则.该模型所给结果形象直观,适合工程应用.

孔口缝合补强对含孔层板应变集中影响的实验研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究。测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强的含孔复合材料层板的拉伸强度,研究了孔边应力集中、应变集中对强度、刚度等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,得到不同缝合参数、孔边不同位置以及不同载荷条件下的应变集中系数。结合实验结果和分析讨论,给出了含孔复合材料层板缝合补强的缝合设计参数。

含孔岩石加载过程的热辐射温度场变化特征

选择含圆孔岩石作为试样,利用单轴加载试验系统和红外热像仪,并结合数值模拟分析手段,对模型受力及破裂过程的热辐射时空演化特征进行了试验研究。结果表明:含圆孔岩石在加载过程中压、拉应力呈对称分布,导致热像的升温和降温区对称分布,即压应力区升温,拉应力区降温,应力场与红外辐射温度场之间呈很好的对应关系。试件加载后期发生破裂,破裂的性质与红外辐射温度变化有密切关系,剪性破裂辐射温度升高,而张性破裂辐射温度无明显变化。试件最终呈剪性破裂,而该区域的带状升温是岩石破裂失稳的重要红外前兆。试验结果再次揭示,利用热成像技术可以监测岩石的应力与灾变现象。

含孔复合材料层合板疲劳寿命预测研究

运用损伤力学理论,从应变等效性假设出发,基于复合材料结构"点应力"准则的概念,提出了一种考虑残余应变影响的刚度下降疲劳损伤模型。以我国新近研制的高性能复合材料T300/KH304为研究对象,采用该模型预测了带有孔径为5mm层合板的疲劳寿命并对模型的合理性进行了实验验证,从不同应力水平的疲劳试验的结果可以看出,其最大相对误差为12.2%。

碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏分析研究进展

综述了碳纤维增强复合材料含孔层合板损伤破坏以及应力分析的研究进展,介绍了几种含孔层合板的破坏准则和分析含孔层合板损伤破坏的二维以及三维模型,展望了有待于进一步研究的问题。

含孔平面编织混杂铺层层合板压缩性能

对含孔平面编织混杂铺层复合材料层合板的压缩性能进行试验研究,考察铺层比例和铺层顺序对其压缩破坏和压缩强度的影响,然后利用点应力判据和平均应力判据进行层合板剩余压缩强度的估算。结果表明0°铺层比例的增加,提高了层合板的剩余压缩强度;(±45)编织铺层比例在20%-25%之间有助于提高层合板的剩余压缩强度;点应力判据和平均应力判据适用于这种混杂铺层层合板的剩余压缩强度的估算。

含孔复合材料层合板孔边应力集中的近似计算

针对含圆孔有限大复合材料层板的应力集中问题,提出一种计算孔边应力分布及应力集中系数的方法:先利用经典层板理论,将复合材料层合板化归为各向异性板;再将各向异性板等效转换为一偏轴拉伸的单向纤维层板;最后利用含圆孔偏轴单向板的孔边应力计算公式来分析一般铺层层合板孔边应力集中情况。根据所推导的含孔有限宽度复合材料层合板应力集中系数的表达式,分析讨论了板宽/孔径比、铺层比例、铺层方式、材料性能参数等因素对孔边应力集中的影响。

含孔von Kármán板中的高次谐波散射现象

基于vonKarman板大挠度弯曲理论，利用谐波平衡法及小参数振动法，研究了含孔vonKarman板的非线性波散射问题．通过分析发现：由于弯曲应力与中面力的非线性耦合，vonKarman板中会出现高次谐波散射现象．

含孔复合材料层合板的压缩性能研究

对不同圆孔直径和不同孔形的含孔碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板进行了压缩实验,分析比较了破坏前后的形貌变化,研究了孔的直径和形状对复合材料层合板压缩强度的影响。结果表明,对于含圆孔的复合材料层合板,随着孔径的增大,压缩强度下降明显,二者之间并不满足线性关系。对于不同孔形的复合材料层合板,含圆孔的压缩强度最大,其次是椭圆孔,然后是方孔,最小的是菱形孔。在含孔复合材料结构设计过程中,应尽量使用圆孔。含孔复合材料层合板的破坏模式都为过孔破坏,破坏都发生在应力集中的区域,并且断裂都是沿着应力集中最大的方向扩展。侧面断口主要为剪切失效,有分层和屈曲的特征。

光滑与含孔复合材料压-压疲劳实验研究

本文新设计了光滑与含孔两种复合材料试样的抗失稳装置，简述了这两种试样的压－压疲劳实验概况，分析和讨论了其疲劳破坏机理，提出复合材料疲劳损伤的“转捩点”概念。

含孔半圆形凸起地形及多个孔洞对SH波的散射

应用"契合"、复变函数及多极坐标法研究在平面SH波的作用之下,含有圆形孔洞的半圆形凸起地形与其附近的多个圆形孔洞的散射问题,研究了SH波对其动应力集中及地震动的影响.对问题求解时,将所研究的区域一分为二,成2个区域,并分别构造其波函数.最后在2个区域的公共边界上实施"契合",而得到问题的解答.最后给出了算例,分析讨论了地表位移幅值及圆形孔洞周边上的动应力集中系数的变化规律.结果表明,浅埋多圆孔的间距越小,对地表位移幅值和动应力集中系数的影响越大,当浅埋圆孔间距与凸起半径的比值达到400时,对地表位移的影响基本消失.

SH波在多个浅埋圆形孔洞附近的多个含孔半圆形凸起地形处的散射

为研究地震时局部地形与附近浅埋结构的作用,文中使用"分区"思想,复变函数法和移动坐标的方法,建立多个浅埋圆形孔洞附近的多个含孔半圆形凸起地形对SH波的散射的数学模型,并通过算例给出含孔半圆形凸起地形的地表位移,讨论了浅埋圆孔的深度、含孔半圆形凸起间距及浅埋圆孔间距对地表位移影响。

含孔损伤平面编织层合板固有频率研究

本文对一端固支含圆形孔损伤平面编织层合板的固有动力特性进行了试验研究。基于MSC.Patran建立了含圆形孔和椭圆孔损伤平面编织层合板的有限元模型,研究了圆孔损伤和椭圆孔损伤的损伤尺寸对一端固支纤维双向层合板固有频率的影响规律。试验结果表明,有限元方法得到的含圆孔损伤层合板固有频率与试验值吻合较好;圆形穿孔和长轴平行于试件长度方向椭圆形穿孔损伤对平面编织层合板各阶固有频率的影响规律相同;在椭圆穿孔损伤尺寸小于一定值或偏心率较小时,可用圆孔来估算椭圆形穿孔损伤和结构设计开孔对结构固有频率的影响。为开口复合材料结构件的设计以及含孔损伤复合材料结构件的维修设计提供依据。

含孔复合材料层合板的结构参数对其屈曲性能的影响

利用ABAQUS软件,建立了含孔复合材料层合板的有限元模型,在层合板四边简支,承受轴向压力载荷作用下,分析讨论了孔径/板宽比、铺层比例、铺层角度、材料性能等结构参数对层合板的线性屈曲的影响。结果表明,孔径/板宽比d/w越大,屈曲载荷越小,当d/w≤0.1时,可认为是小孔洞情况,可近似按无限大层合板处理;90°铺层(与载荷受力方向一致)比例越大,或0°铺层(与载荷受力方向垂直)比例越小,屈曲载荷越大,增加±45°铺层比例,有利于降低层合板各向异性程度;对于斜交对称铺层的层合板,铺层角度对其屈曲载荷影响很大,最大值与最小值相差13.05N;材料主方向结构性能参数差别较大时,屈曲载荷也相差较大,材料的结构性能参数对屈曲承载力具有明显的影响。

含孔复合材料层板的力学性能研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究,测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强对含孔复合材料层板的破坏强度,研究了孔边应力集中和缝合补强对强度、模量等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,通过实验结果和分析讨论,对复合材料开口缝合补强结构提出合理的设计方法。

含水含孔试样破坏的波速及功率谱密度特征

为研究不同含水率含孔试样破坏过程中的超声波特征,开展了不同含水率条件下的含孔试样单轴压缩试验,并采用RSM-SY7超声波仪测定了压缩过程中的波速,得到了不同含水率含孔试样的透射波波形。结果表明:试样初始波速均值随着含水率上升而逐步下降;在含孔试样破坏过程中,波速变化呈现出稳定—轻微降低—迅速降低3个阶段;稳定和迅速降低阶段所经过的时长随含水率降低而增大;轻微降低阶段所经过的时长随着含水率的降低而减少;在试样破坏的同时,功率谱密度也产生衰减;其衰减程度受到含水率的影响,含水率越高各频率的功率谱密度衰减越均衡,谱峰衰减程度越小,不同时刻的衰减程度越相似。