纤维增强对称层合复合材料的宏观热膨胀系数研究

为了得到对称层合复合材料的宏观热膨胀系数,首先根据细观力学方法,推导得到了以各材料相性能数据表达的单层板的热膨胀系数。在此基础上,根据弹性力学方法,并借助于理想界面均匀化方法,得到了以单层热膨胀系数表达的层合板的宏观等效热膨胀系数表达式。这样,在已知各相材料性能数据和铺层的条件下,即可直接求得层合板的热膨胀系数。理论计算结果与实验数据进行了对比,证明了理论方法的合理性,为层合复合材料热相关问题的研究奠定了基础,有较大工程应用价值。

复合材料对称层合板特征值问题的灵敏度分析

由于复合材料层合板的横向剪切模量较低，因此基于克希霍夫理论而计算的层合板特征值及其灵敏度与实际情况相差较大。本文采用层合板的一阶剪切变形理论，将纤维铺设角、材料参数和从层合板的中面到第Ｋ层板上表面的距离ＺＫ视为设计变量，研究了对称层合板特征值的灵敏度计算问题。

复合材料对称层合板的强度预测

基于层合板五层等效约束模型(EquivalentConstraintModel,ECM),建立了基体开裂下的层合板残余强度的分析方法。基体开裂导致层合板内部应力重分配,使得主受力层 (0°层 )应力或应变条件恶化。认为 0°层控制层合板的最终失效破坏:当 0°层失效时,整个层合板发生失效破坏。对不同材料体系和铺层结构的复合材料对称层合板的强度进行了预测。计算结果表明:这种强度准则的预测值与实验结果吻合较好。

非对称层合复合材料框架的动力响应

将求解结构瞬态响应的回传波射矩阵法扩展到非对称层合梁框架结构动力响应的计算.求解了层合悬臂梁在自由端脉冲荷载作用下的瞬态速度响应,与有限元法的计算结果进行了比较.并且,求解了一个9杆层合梁框架在半正弦波力脉冲作用下的应变瞬态响应,检验了节点处力矩的平衡,分析了应变响应随层合梁轴向-弯曲耦合刚度变化的规律.

复合材料对称层合板特征问题的灵敏度分析

由于复合材料层合板的横向剪切模量较低,因此基于克希霍夫理论而计算的层合板特征问题及其灵敏度与实际情况相差较大。本文采用层合板的一阶剪切变形理论,将纤维铺设角、材料参数和从中面到第K层板上表面的距离Zk-1视为设计变量,研究了对称层合板特征值和特征向量的灵敏度计算问题。

对称层合简支梁非线性振动分析

利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，导出了对称层合梁大变形非线性振动问题的控制方程和边界条件．通过引入一位移函数，将微分方程组解耦，进而得到了层合梁非线性振动Ｄｕｆｉｎｇ方程．对于简支梁边界条件，求得梁自振周期的解析表达式，利用摄动方法，得到强迫振动问题两项近似解．选取硼／环氧、碳／环氧和玻璃／环氧材料，进行数值计算，表明材料各向异性的强弱和相对剪切刚度对层合梁非线性振动影响显著．

对称层合梁非线性热振动分岔带

通过引入一位移函数，将均匀温度场中对称层合梁非线性热振动微分方程组解耦，并利用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ 方法研究了对称层合梁非线性热振动的分岔带．

简支复合矩形对称层合板的近似分析法

为了研究一般简支对称层合板近似求法适用性问题,依据Ritz法、最小势能原理经代数转化获得便于MATLAB编程的力学解析解;不同长宽比A_R与铺层角度θ下,正交与10%原则设计层合板通过有限元法(FEM)、正交长层合板近似(OLA)、正交层合板近似(OA)得到值和解析解对比。结果表明:FEM法与解析解中面最大位移值w^0误差在5%以内,随A_R增大,两者误差趋于稳定并一致;正交板在低弯曲刚度D_(11)下,OLA法在临界A_R处w^0误差达294.4%,而大A_R下,OLA与解析解结果一致;10%原则板在A_R大于3时,FEM和OA法得到w^0与解析解一致,A_R小于3时,两近似法符合工程需求,但大弯扭耦合D_(16),D_(26)下,在A_R=1,2,θ=90°时,误差为10.98%,8.67%,相较于解析解有较大误差。研究结果为复合材料结构设计阶段提供了一定的参考。

CFRP对称层合板等效弹性模量参数敏感性研究

实际工程结构设计中往往将复合材料层合板看成均匀的各向异性板,并用等效弹性模量来表征层合板的刚度。为便于表征复合材料层合板的弹性性能,本研究从理论计算和ANSYS ACP仿真模拟两方面研究单层工程弹性常数与刚度系数的关系、[0/90]_(S)正交对称层合板的等效弹性模量、准各向同性层合板的等效弹性模量和铺层顺序对对称层合板等效弹性模量的影响。结果表明,单层工程弹性常数与刚度系数有较为简单的对应关系;[0/90]_(S)正交对称层合板的等效弹性模量约为单层正轴弹性模量E_(L)与E_(T)之和的一半;准各向同性层合板的等效弹性模量约为E_(L)与E_(T)之和的三分之一;改变铺层顺序后,层合板的等效弹性模量没有发生变化,但对层合板的弯曲刚度有较大影响;并用理论验证有限元解法的合理性,为复合材料层合板的应用设计提供了理论和仿真模拟指导。

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic,CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度,基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中,采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件,而后开展了3组不同法兰板厚度(2.2,3.0,3.8 mm)连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果,验证了计算方法的正确性,误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素,结果表明:拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大,随螺栓所在的半径变大而减小;改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著,当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时,拉伸刚度提升59.54%。

固化度与固化收缩对非对称复合材料层合板固化变形的影响

采用三维有限元方法研究复合材料非对称层合板在热载荷和固化收缩载荷下的固化变形情况,建立了材料力学特性、固化体积收缩量和温度与固化度之间的函数关系,考察了层合板变形曲率与温度和固化度之间的关系。数值计算结果表明:非对称层合板变形曲率与固化终止时固化度有密切关系;固化变形主要发生在降温阶段;固化收缩对层合板变形曲率影响很小,主要发生在第二个保温平台的前半段。

粘弹性对称铺设层合板的非线性动力响应

基于Karman板理论和线粘弹性Boltzmann叠加原理,建立了粘弹性对称铺设层合板的非线性积分—偏微分动力学方程。针对材料具积分型本构关系以及松弛模量为Prony级数的形式,应用Galerkin技术、Newmark方法和Newton-Cotes方法,给出了求解粘弹性层合结构非线性动力学问题的一种有效的数值算法。具体地求解了若干算例,且与相关文献进行了比较。

非对称矩形FRP层合板固化变形的预测及优化

基于经典层合板理论,在考虑模具作用的情况下建立了预测非对称矩形先进碳纤维增强复合材料层合板固化变形的理论模型,并通过引入界面剪应力模拟模具与层合板间的相互作用。算例表明,考虑模具作用后,理论模型的预测结果与试验结果吻合更好,验证了理论模型的合理性。最后讨论了固化变形的控制和优化方法,研究表明,通过选择合适的模具材料、脱模材料及固化工艺,可以降低非对称层合板的变形位移。

不对称铺层复合材料变形规律的实验研究

为了充分发挥复合材料的可设计性和减重作用,近年来不对称铺层复合材料受到了越来越多的关注。本文对铺层顺序、构件尺寸、构件厚度和固化温度等因素对不对称铺层复合材料的变形规律进行了实验研究。结果表明,铺层顺序、构件厚度和固化温度对不对称铺层复合材料的变形有显著影响,而构件尺寸对变形曲率影响较小。

不对称铺层复合材料制造工艺探讨

采用不对称铺层复合材料对直升机等飞行器的结构减重具有重要意义。本文对不对称铺层复合材料层压板的变形控制方法进行了初步研究,通过调整固化工艺参数和采用反变形模具来减小变形量。研究表明,通过降低固化温度可以在一定程度上减小变形量,采用反变形模具可以较有效地控制不对称层压板变形,但可能会带来扭曲等问题,其适用范围尚需进行进一步的研究。

混杂复合材料非对称铺层结构性能研究

混杂复合材料是两种或两种以上不同基体或增强材料组成的复合材料。混杂复合材料因选用了不同的材料,在性能上常有互补性。通过研究典型基体材料和典型增强材料组成的混杂复合材料,和混杂复合材料的非对称铺层特性,形成混杂复合材料非对称铺层制件。在单一材料性能基础上,主要研究典型混杂复合材料的性能,混杂复合材料非对称铺层结构的性能。

不对称带束层11.00R20全钢载重子午线轮胎有限元分析

借助ABAQUS有限元软件,建立一个带束层不对称的轮胎结构有限元分析模型,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触,轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。通过有限元分析,得到了带束层不对称的子午线轮胎在充气压力下的变形和应力分布情况,带束层和胎体帘线的受力状况和分布特征,并对计算结果进行了分析,以期验证二维模型,为轮胎设计提供参考。

四层对称结构随角异色颜料制备与光谱特性研究

采用经过酸碱预处理的具有干涉色的云母钛作为基质材料,分别包覆氧化铁、氧化铬、氧化钴制得三层结构随角异色颜料。通过改变包覆层数和各层间的排列顺序,增加基质材料与外层包覆材料的反射率差值,获得变色效果更加明显的四层结构随角异色功能颜料。用X-Rite MA86Ⅱ5角度分光光度计对颜料的反射率光谱和CIE色度值进行测试分析,研究了四层结构对颜料随角异色效果的影响,分析比较不同的包覆物与颜料随角变色效果的关系。结果表明,采用多层膜包覆,能够增加基底材料与外层包覆层的反射率,增强颜料的颜色,颜料的颜色在不同的角度会有更明显的变化,随角异色效果更加显著。

对称层合斜板的非线性自由振动

分析了具有夹紧或简支边界条件的对称角铺设斜扳的非线性自由振动问题;分别给出了满足各种边界条件的单模式的挠度表达式,并且利用伽辽金法时上述斜板的振动进行单模式分析,进而导出了时间函数的非线性常微分方程——杜芬方程。

复合材料层压板的变形:树脂基体、增强纤维与非对称正交铺层变形的关系

主要研究了复合材料层压板的变形情况。分别选取环氧、苯并噁嗪为基体,以特定型号的预浸料为材料,选取不对称铺层[0/0/90/90]条件,用ANSYS软件模拟复合材料层压板变形情况,与实际不对称层合板变形情况对比,分析树脂基体、增强纤维和非对称铺层与复合材料变形之间的关系。结果表明,不同的树脂基体材料和不同的铺层设计对非对称正交铺层复合材料层压板的变形情况有影响。