基于应变不变量失效理论的复合材料损伤模拟

应变不变量失效理论基于物理失效模式判断纤维和基体的损伤,适于研究纤维与基体的细观相互作用及固化残余应力的影响.介绍了应变不变量失效理论的物理背景,建立了正方形、六边形和钻石型细观代表体积单元模型,给出了宏观应变到细观应变的转换方法,提出了相应的失效模式和损伤演化准则.基于应变不变量失效理论求得了CCF300/5228材料体系的机械应变放大系数和热应变放大系数,对CCF300/5228复合材料开孔层合板的拉伸破坏过程进行了模拟,分析了纤维和基体的失效过程.计算与试验结果取得了较好的一致性,证明了该理论的适用性.

漳州台深井应变不变量同震响应分析

在解决钻孔应变观测加衬模型的待定常数的基础上,巧妙地利用不变量与坐标系选择无关的性质,推导出了5组观测组合计算不变量的简洁表达式,并以玉树地震为例,选取漳州台深井观测系统的探头上、下端面8分量应变观测单元的观测资料,采用加衬模型分别根据探头上下端面的5组观测组合公式计算了地震当天的最大主应变、最小主应变、最大主应变相应的主方向、最大剪应变以及面应变与体应变分钟值,分别给出了探头上端面234观测组合在2010年玉树7.1级地震发震当天7h30m～9h30m时间窗内的上述不变量分钟值同震响应图像,最后对同震响应性质进行了分析,并对最大、最小主应变以及最大主应变相应的主方向的可靠性进行了讨论。

基于应变不变量失效理论的自动校核程序设计与实现

复合材料的微观力学评价方法是近年来的研究热点。在对Gosse J.H等提出的应变不变量失效准则(SIFT)进行研究的基础上,通过PCL实现了基于该准则的复合材料评价自动化程序。该程序同时考虑了机械载荷和热载荷情况,并建立了代表体元(RVE)的p型单元微观力学模型。利用该模型在周期性边界条件下的力学响应因子对宏观力学模型进行修正。同时讨论了微观模型修正系数的收敛性。最后,通过开孔拉伸实例对该程序进行了实算,计算结果合理。本自动校核程序为基于微观力学的复合材料失效评价提供了一种便捷工具。

国产碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能

应变不变量失效理论是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论,广泛应用于复合材料结构失效分析。根据该理论,建立了碳纤维增强树脂基复合材料微观力学模型,获取树脂基体和纤维不同位置的机械应变放大系数和热应变放大系数。对国产复合材料CCF300/5228、CCF300/5428和T700/5428不同铺层角单向层合板进行拉伸试验,并根据试验结果得到对应复合材料的应变不变量性能。分析了增强体纤维和树脂基体对复合材料应变不变量性能的影响;并将应变不变量失效理论应用于国产复合材料失效分析。结果表明碳纤维增强树脂基复合材料应变不变量性能中的第一应变不变量和基体Von-Mises应变临界值取决于树脂,而纤维Von-Mises应变临界值取决于增强体纤维;应变不变量失效理论能够用于国产复合材料失效分析。

基于应变不变量失效理论的碳纤维增强树脂基复合材料层合板开孔结构压缩损伤模拟

应变不变量失效理论(SIFT)是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论,被广泛应用于复合材料结构失效分析。首先,为了提高理论分析的精度,SIFT被扩展用于分析碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板开孔结构的静载压缩逐步失效机制和强度。开发的SIFT实施方法包括材料强度表征和结构强度预测两个部分。结构强度预测是基于ABAQUS平台并使用Fortran语言编写用户自定义材料子程序(UMAT)实现的。随后,将SIFT预测值与经典复合材料强度理论Tsai-Wu和Hashin理论的预测结果和试验结果进行了对比,结果显示SIFT预测的精度最高。同时,基于SIFT对静载压缩下的AS4/3501-6层合板开孔结构从初始失效到最终失效的失效机制演变进行了详细的分析。最后,将SIFT预测的AS4/3501-6层合板开孔结构静载压缩的失效机制与试验结果进行了对比。结果表明SIFT预测的逐步失效机制与试验结果相吻合,所得结论为CFRP结构强度的预测提供了新思路。

复合材料开孔层压板压缩长期强度预测

加速试验方法(ATM,Accelerated Testing Methodology)基于复合材料基体的黏弹性特性,根据时间-温度叠加原理,用较高温度下的短期强度预测较低温度下的长期强度.对应变不变量失效理论(SIFT,Strain Invariant Failure Theory)进行改进,采用微观的最大应变准则判断纤维的拉伸和压缩失效.通过基体动态力学分析(DMA,Dynamic Mechanical Analysis)试验得到基体的储能模量控制曲线和时间-温度平移因子.通过不同温度下单向板拉伸、压缩试验得到破坏应变,根据时间-温度叠加原理采用基体的时间温度平移因子,构建SIFT临界值的控制曲线.采用应变不变量失效理论和加速试验方法(SIFT/ATM)结合渐进损伤分析,对准各向同性开孔板压缩长期强度进行了预测,并对破坏过程进行了模拟,分析了纤维和基体的失效过程.计算与试验结果吻合较好,证明了该方法的适用性.