钢铝复合层压板锥形件拉深压边力的估算与工艺试验

对1Cr18Ni9不锈钢和L3纯铝双金属复合层压板锥形件的拉深成形压边力作了理论上的分析与估算,并据此进行了相应的拉深工艺试验。

复合层压板声学性能实验分析

利用工业废物（废纸浆、玉米轴等）制成复合层压板，并对该板的声学性能进行实验，实验结果表明，声频在1000～6000Hz降噪明显，该复合板可做为隔音材料．

复合层压板传热性能实验分析

利用工农业废物(废纸浆、玉米芯轴等)制成复合层压板,对远红外强制对流干燥过程进行理论分析,讨论干燥速率的影响条件,认为恒速干燥阶段是决定板材性能的关键.并可根据不同板材的厚度调节电机速度,满足板材干燥要求.最后对板材的传热性能进行实验及分析,实验结果表明,它是良好的保温材料.

复合层压板力学性能试验分析

利用工农业废物（废纸浆、玉米芯轴等）制成复合层板，并对复合层压板力学性能进行试验．结果表明，它的静曲强度，比强度和承载能力高于单层板材．从复合层的夹芯层和贴面板力学作用进行分析，阐明复合层压板结构的合理性．

复合材料层压板疲劳损伤演化模型的综述与评估

疲劳损伤演化模型是材料疲劳性能退化与寿命预测的重要基础。本文对复合材料层压板的疲劳损伤演化模型进行了全面综述,针对材料损伤演化三阶段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)特征将其磨损模型分为两类:Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ三阶段模型和Ⅰ-Ⅱ两阶段模型。提出了模型评估的五个基本标准,选取了八组不同加载条件下的疲劳损伤演化实验数据,对表征能力较强的疲劳磨损模型进行了分析评估。现有研究表明:绝大多数疲劳损伤演化模型属于宏观唯象模型,模型中引入的疲劳影响因素少,对实验的依赖程度高;对于Ⅰ-Ⅱ两阶段损伤,两阶段磨损模型具有很高的拟合精度;相比而言,Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ三阶段磨损模型可准确模拟疲劳损伤演化全过程,比Ⅰ-Ⅱ两阶段磨损模型更具普适性,其中Mao、吴富强和Shiri的模型应用较为广泛。为了克服唯象模型的不足,须考虑不同影响因素下材料的微细观损伤形式和机理,进而发展基于物理机制的疲劳损伤演化理论和模型。

受剪复合材料层压板开口补强稳定性分析

复合材料以其比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点在直升机承力结构中得到大量应用。为满足设计使用要求,如检查维修、设备管线安装等,在直升机蒙皮、框梁腹板等复合材料承力结构中不可避免地需要开口。蒙皮、框梁腹板主要传递剪切载荷,在剪切载荷作用下容易发生失稳,降低结构的承载能力.

基于机电阻抗法的复合材料层压板低速撞击损伤监测

由于复合材料结构对外部低速撞击非常敏感,易产生目视不可检的内部损伤,提出了基于机电阻抗(Electromechanical Impedance,EMI)技术的复合材料层压板低速撞击损伤实时在线监测方法。对复合材料层压板施加阶梯能量撞击,每次撞击后采集粘贴在复合材料结构表面的压电传感器阵列的电阻信号。随后提取谐振峰电阻(Resonant Peak Resistance,RPR)作为特征信号,对复合材料结构在不同撞击能量下的阻抗演化规律和损伤扩展进行表征。实验结果显示,基于EMI的RPR特征信号随撞击损伤的扩展逐步减小,且对撞击损伤的检测结果的重复性好。结果表明,此方法对低速撞击产生的微小损伤灵敏度较高,能够有效地反映复合材料层压板内部低速撞击损伤的扩展。

复合材料带填充钉孔层压板拉伸载荷下损伤特性分析

复合材料填充钉孔层压板常用于机械连接设计中,考虑了开孔处的螺栓约束和层压板钉孔周边区域挤压变形的旁路失效问题,主要用于飞机复合材料结构的强度许用值设计,在航空航天等领域受到日益广泛的应用。为比较依据不同失效准则开展的复合材料带填充钉孔层压板拉伸损伤扩展失效特性,利用ABAQUS有限元软件,建立了二维和三维有限元模型,建模中考虑了材料非线性行为和失效判断等基本问题,基于Hashin准则和LaRC05准则对相应铺层顺序的含填充钉孔复合材料层压板进行了静态拉伸数值模拟,根据ASTM D6742进行了填充钉孔层压板单轴拉伸试验,将数值模拟结果与试验结果进行对比,数值模拟结果较好地模拟了含填充钉孔复合材料层压板的拉伸渐进失效模式,具有良好的工程应用意义。

复合层压板单螺栓连接的刚度建模

针对复合层压板单螺栓单搭接结构,提出一种更合理的四阶段刚度模型。该模型是在传统三阶段刚度分析模型的基础上,采用部分滑移理论对模型粘滞阶段的刚度进行了改进;同时考虑到层压板之间、垫片与层压板之间的异步滑动,增加了部分滑移阶段,给出新的刚度模型的理论分析过程和使用条件。为了验证改进模型的准确性,在ABAQUS中建立了对应的三维有限元模型,同时对比了层压板单独建模和均质建模的优缺点,表明单独建模更符合实际,更精确;最后通过分析螺栓孔间隙、扭矩、铺层厚度、宽径比、液态垫片及铺层角度对复合材料螺栓连接各阶段刚度的影响。结果表明:螺栓孔间隙会导致螺杆发生二次弯曲,从而降低其接头刚度;相对于宽径比的影响,铺层厚度对螺栓接头刚度的影响更显著;不同铺层角度对螺栓接头刚度的影响机制也不同。

复合材料层压板抗冲击行为及表征方法的实验研究

对14种复合材料体系约800个试样进行了冲击阻抗和含损伤层压板压缩强度试验研究,研究发现对于同一种复合材料层压板的冲击能量-凹坑深度曲线和凹坑深度-压缩破坏应变曲线均存在拐点,在出现拐点后内部的分层损伤叠加面积基本不再增加,压缩剩余强度基本不再降低,表面冲击部位开始出现纤维断裂。研究表明,采用传统CAI来表征损伤容限性能的方法可能得到与实际结构损伤容限特性相反的结论。因此,提出了利用拐点附近特性来表征复合材料层压板的抗冲击行为(包括损伤阻抗和损伤容限)的建议,即分别采用QSI方法得到的准各向同性层压板的最大接触力Fmax和压缩破坏强度(应变)的门槛值CAIT来表征复合材料层压板的损伤阻抗和损伤容限行为。

复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究

通过对低速冲击试验和准静态压痕试验进行对比,获得了冲击能量(准静态压痕力)与层压板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度的三组对应关系。分析表明,损伤面积、损伤宽度和凹坑深度均可作为损伤参数来建立低速冲击和准静态压痕损伤的等效性。当冲击能量或准静态压痕力达到一定值后,三组对应关系曲线上出现拐点,两类试验的拐点相差很小,且两类试验的变化趋势相同,初步说明了用准静态压痕试验替代低速冲击试验是可行的,同时在较低冲击能量(拐点值之前)下准静态压痕力近似等于相对应的冲击能量下冲击过程的最大接触力。对两类试验过程进行分析,准静态压痕试验的初始分层载荷较冲击试验稍低,但两类试验过程中载荷的变化趋势相同,进一步说明了低速冲击试验和准静态压痕试验损伤的等效性。

内埋光纤光栅的复合材料层压板拉伸应变研究

利用内埋在复合材料层间的光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器监测复合材料层压板在拉伸过程中的应变变化,并与复合材料层压板试样表面粘贴的应变片测得数据进行对比,同时研究了光纤光栅的埋植位置对复合材料力学性能的影响。探索了FBG传感器在复合材料应变监测中的有效性和可靠性。结果表明:内埋于复合材料层间的FBG传感器可以有效反映复合材料层压板在受到拉伸载荷过程中的应变变化,对比FBG传感器与应变片测得的实验结果,二者所测得的应变变化趋势吻合良好,而且埋植光纤光栅对复合材料层压板的拉伸强度影响较小。

层间颗粒增韧复合材料层压板的损伤阻抗特性

采用热塑性颗粒对HT7/5228、HT3/NY9200G和HT3/5224三种高温固化环氧基体复合材料层压板进行层间增韧。为了提高冲击后压缩强度(CAI)和考察损伤阻抗, 测试了平均分层起始能量eⅡc以及接触力凹坑深度关系。试验结果表明, 增韧颗粒和基体树脂形成的层间区域能有效地吸收断裂能量并抑制分层的发生, eⅡc显著提高。在静压痕力下, 层间增韧复合材料层压板具有较深的凹坑深度和较小的损伤面积。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、颗粒桥联以及裂尖屏蔽是主要的增韧机理, 颗粒的塑性变形和最终失效也耗散了大量断裂能量。

层间颗粒增韧复合材料层压板的Ⅱ型层间断裂韧性

采用热塑性颗粒对HT7/5228、HT3/NY9200G、HT3/5224和HT3/3234四种热固性树脂基体复合材料进行层间增韧,测试了未层间增韧对比件和层间增韧改性件的型层间断裂韧性G c。试验结果表明,增韧颗粒和基体树脂形成的Interlayer层有效的吸收了断裂能量并抑止了裂纹的失稳扩展,G c显著提高。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、裂尖屏蔽和颗粒桥联是主要的增韧机理。有限元分析结果表明Interlayer层降低了裂纹尖端J积分值和裂尖应力集中,进一步解释和支持了增韧机理。

准静态压痕力作用下复合材料层压板的损伤阻抗分析

建立了一种复合材料层压板在准静态压痕力作用下的损伤阻抗的预测方法。首先分别针对基体破坏、分层、纤维断裂等失效模式引入相应的失效变量,并建立不同失效模式下的刚度折减方法,然后采用基于应变描述的Hashin和Yeh失效准则并结合有限元方法,对复合材料层压板在准静态压痕力作用下的破坏过程进行渐进损伤分析,在此基础上进一步预测了层压板的损伤阻抗。采用商用有限元软件ABAQUS/Standard的UMAT用户子程序实现数值模拟。计算结果表明,分层起始与扩展是导致载荷-位移曲线发生第1次卸载的主要原因,当接触力达到其最大值时出现较明显的纤维断裂。分层起始载荷和最大接触力的预测结果与实验数据吻合良好。

内埋光纤光栅碳纤维增强复合材料层压板力学性能及拉伸应变监测

将不同数量的光纤光栅埋植于复合材料层压板层间部位,研究了光纤光栅的埋植数量对层压板拉伸和压缩性能的影响及光纤光栅埋入对层压板层间结构的影响。此外,利用埋植在层压板内部的光纤光栅监测了层压板在拉伸过程中的应变变化,并与应变片监测结果进行了对比。试验结果表明,当在复合材料层压板中沿纤维方向埋入光纤光栅时,复合材料0°拉伸强度和模量略有降低。而当光纤光栅垂直于纤维方向埋入复合材料内部时,复合材料的90°拉伸强度和模量略有提高。对于压缩性能而言,由于光纤光栅在压缩过程中发生脆断,在复合材料内部产生损伤源,导致复合材料压缩强度有所降低,但当光纤光栅埋植数量较小时,对压缩模量的影响较小。层间形貌的显微观察结果表明,光纤光栅沿纤维方向埋入复合材料内部,在光纤光栅周围未形成树脂富集区,反之则将出现明显的富树脂区。

复合材料层压板铆接修补剩余强度评估

机械连接修理是复合材料结构主要修补方式,由于拆卸方便、传递载荷大等优点,在结构维修中得到广泛应用。对修补结构进行强度评估是保证修理效果进行参数优化的必要步骤。本文采用数值模拟方法对两种铆接修补层压板的拉伸剩余强度进行了评估分析。层压板用壳元模拟,紧固件用梁元模拟,紧固件与孔的约束用多点约束技术模拟。在Abaqus商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义场(USDFLD)的方法对复合材料性能进行多级衰减。分析结果与试验结果一致性良好,破坏载荷的预估值与试验值误差在6%之内。分析方法对复合材料机械连接修理设计有一定的借鉴作用。

飞机复合材料层压板结构中的广义强度准则

通过对经典复合材料结构强度理论和准则在层压板上的适用性计算和试验对比研究,指出了在层压板上采用经典强度理论所得计算结果与试验结果的差异。并分析了产生这种差异的原因,主要是经典强度准则表达式中采用的无拉剪耦合假设和层与层之间理想粘接假设,只适用于单层板或正交各向异性板。本文提出了一种广义强度准则的思想,其核心是放松正交各向异性约束条件和通过试验测定强度参数,而在实际飞机结构中的准正交各向异性层压板结构设计上仍可使用经典层压板强度准则。

平面编织复合材料层压板低速冲击后的压缩失效

采用超声C扫描检测、断口分析、有限元分析等方法研究低速冲击损伤对G803/5224与G827/5224两种平面编织复合材料层压板失效行为的影响。结果表明,低速冲击后压缩载荷作用下,G803/5224层压板最终为剪切分层失效,G827/5224层压板最终为剪切屈曲失效,两种层压板低速冲击后压缩的失效模式与未受损伤层压板基本相同。建立了平面编织复合材料层压板的损伤扩展与失效模型,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,可用于平面编织复合材料层压板的失效仿真。

复合材料层压板机械连接失效分析

以Tsai-Wu失效准则为损伤判据,Hashin分类准则为损伤类型判据,采用有限元软件及逐步失效处理方法,建立起层压板损伤发生、扩展过程仿真模型。针对复合材料层压板螺栓连接,采用刚度比率退化法,进行损伤处理及破坏过程数值模拟,求得层压板螺栓连接结构首层失效强度及最终失效强度。试验结果和分析计算一致,证实了该理论模型的有效性。