破片侵彻含内衬碳纤维复合材料圆筒损伤机理

为研究含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的损伤机理,基于LS-DYNA有限元仿真软件,采用Chang-Chang损伤准则和Cohesive界面单元,建立了考虑分层损伤的含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的数值仿真模型。通过仿真计算破片对碳纤维复合材料圆筒的动态侵彻过程,得到了碳纤维层和金属内衬层的应力云图和损伤结果,研究了含内衬复合材料圆筒在破片侵彻作用下的损伤机理、吸能特性和破片初始速度对复合材料圆筒损伤模式的影响。研究结果表明:含内衬复合材料圆筒的损伤状态包括纤维断裂、层间分层、内衬凹陷、内衬破孔和复合材料层与内衬层分离。当破片速度为300 mm/s时,复合材料层的层间分层损伤程度处于较低状态,内衬层凹陷程度最大并形成破孔,复合材料层和内衬层的分离程度最大,内衬层的吸能比达到最大;当破片速度小于300 mm/s时,破片未完全穿透圆筒,复合材料层和内衬层的损伤程度较低,复合材料吸能比大于内衬层吸能比;当破片速度大于300 mm/s时,复合材料层的损伤模式为剪切冲塞,层间分层面积逐渐增大,内衬层凹陷程度逐渐降低,分离程度逐渐降低,内衬层吸能比降低并稳定在0.53左右。

缠绕成型复合材料圆筒损伤有限元分析

缠绕成型复合材料圆筒在航空、航天和汽车等领域得到广泛应用。然而,在使用过程中,它们可能会受到各种外部损伤的影响,如冲击、磨损和疲劳等。为了确保圆筒的结构完整性和安全性,进行损伤分析是至关重要的。本研究基于有限元分析方法,对缠绕成型复合材料圆筒的损伤进行了研究。首先,我们对圆筒的几何特征进行建模,包括半径、长度和壁厚等参数。然后,我们考虑了复合材料的特性,如纤维和基体的性质,以及它们之间的界面效应。接下来,我们引入了损伤模型,用于描述圆筒在不同加载条件下的损伤行为。

多角度纤维缠绕复合材料圆筒张力设计

缠绕张力是纤维缠绕复合材料圆筒设计的一项重要研究内容,它对纤维缠绕复合材料圆筒的质量起着关键作用。基于三维各向异性弹性力学,提出了一种针对多层复合材料纤维增强树脂基圆筒的张力设计方法。模型中将张力诱导残余应力作为复合材料缠绕层初始应力,基于Tsai-Wu失效准则获得内压作用下给定铺层顺序的使得爆破压强最大的复合材料圆筒最佳张力制度。研究结果表明:对于单层螺旋缠绕,当缠绕角一定的情况下,随着张力的增加,圆筒爆破内压先增加后减小,不同缠绕角下对应的最佳张力值不同,随着缠绕角从0°~90°的增加,最佳张力值先减小后增加;对于多层螺旋缠绕,铺层模式确定的情况,随着缠绕张力的增加,爆破压强先增加后减小。因此,对于给定铺层模式,需要合理确定其缠绕张力,以保证最大限度地发挥纤维的承载能力。

三维四向整体编织复合材料圆筒壳体临界外压计算及试验验证

提出了三维四向整体编织复合材料壳体临界外压计算方法。给出了两个三维四向整体编织碳 /环氧复合材料圆筒壳体临界外压的试验结果。计算结果与试验结果相符较好 ,提出的计算方法得到试验验证 ,可供设计计算使用。

复合材料圆筒结构脱层损伤识别研究

针对复合材料圆筒结构,讨论了基于模态柔度曲率矩阵的无损检测方法。通过模态分析获得脱层复合材料圆筒的各阶固有频率及节点振型,计算得到轴向和周向柔度曲率矩阵来判断损伤。研究表明:轴向和周向柔度曲率矩阵两种方法均可达到精确识别脱层位置及大小的效果,且越靠近外筒壁,柔度曲率矩阵图突变越大,越易检测。相对而言,轴向柔度曲率Fc在脱层位置突变远大于周向柔度曲率Fd,更易判断损伤。但当损伤发生在沿轴线固定端边界时,轴向柔度曲率Fc本身就有较小突变,应用周向柔度曲率Fd识别防止误判。

复合材料圆筒件静态吸能特性研究

本文通过一系列圆筒件的静态吸能试验研究了复合材料圆筒件静态吸能的特性。表明材料的吸能性能不仅同材料性能关系密切,而且也受材料纤维方式和工艺方法的影响。

复合材料厚壁圆筒的损伤问题

基于连续介质损伤力学理论,引入表征材料内部微细缺陷的损伤变量,导出了三维复合材料厚壁圆筒的损伤模型,预测该结构内各处的损伤过程;针对不同损伤模式,推导出包含不同结合力和损伤变量的损伤扩展准则;利用三维有限元分析软件模拟计算出结构损伤破坏的全过程,分析了复合材料圆筒的损伤模式与破坏机理,以及能量变化关系。

连续损伤力学在复合材料厚壁圆筒渐进破坏分析中的应用

为研究复合材料枪管破坏机理,基于连续损伤力学理论,该文采用以能量为基准的刚度退化方法预测了钢-碳纤维/聚酰亚胺复合材料厚壁圆筒的渐进破坏行为。模型考虑了碳纤维/聚酰亚胺复合材料的三种破坏模式:纤维断裂、基体损伤和层间剪切失效。在渐进破坏分析中,采用了包括多帧重启动分析和弧长法的三维有限元技术。计算结果表明:基体首先破坏;随后纤维开始断裂,引起整体结构屈服破坏;这个过程中没有层间剪切失效和内衬单元破坏;厚壁圆筒整体的强度主要受纤维强度的影响。

双层复合材料爆炸圆筒内爆载荷作用变形特征数值模拟

为研究内爆载荷作用下双层复合材料爆炸圆筒的变形与内外层相互作用的规律,将多层缠绕纤维复合材料等效成一层材料,并将内爆载荷通过载荷曲线的形式施加,提出一个简化的数值计算模型。在模型校核的基础上,利用LS-DYNA软件对同一双层圆筒、不同药量下以及不同内外层厚度比例圆筒在内爆载荷下的变形特征进行分析。结果表明:双层爆炸圆筒壳体在小药量炸药爆炸作用下以弹性呼吸振动为主,随药量增加,金属内衬与外层复合材料会发生分离,外层复合材料在振动过程中会强烈压缩金属内衬,内衬会发生不规则变形,在大药量条件下内衬会被压溃而失去承载能力;相同壳体面密度条件下,过薄的金属内衬在外层复合材料强作用下会过早被压溃,从而失去承载能力,过厚的金属会使得壳体的环向形变增大。研究结果可为双层复合材料爆炸圆筒的设计提供数据参考。

薄壁钢内衬CF圆筒承压性能仿真及水压爆破试验

针对含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒典型结构,建立三维有限元模型,采用温度参数法逐层计算内衬剩余应力,并预测其承压性能;基于水压爆破试验,研究了多缠绕角下缠绕张力、不同碳纤维等级对钢内衬及复合材料圆筒承压能力的影响,并结合钢内衬的声发射振铃计数特征判别载荷屈服点。试验结果表明,含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒的最佳缠绕张力为75 N左右,T700,T300两种强度碳纤维复合圆管的钢内衬最大屈服载荷基本相同。