基于微观力学失效理论的复合材料单钉螺栓连接结构拉伸行为预测

本文基于微观力学失效理论(MMF)对碳纤维增强层合板螺栓静载拉伸逐步失效机制及强度进行预测。建立基于MMF理论的层合板结构强度分析方法,使用MMF理论对加载过程中组分的失效类别进行判别,根据组分失效的类别制定出相应的材料性能退化方案来实现对复合材料的逐步失效分析,分析中考虑了复合材料层合板非线性剪切性能。在Abaqus平台上进行二次开发,使用Python代码自定义用户材料子程序(UMAT)开发了基于MMF理论的层合板结构强度分析程序。基于MMF理论对UTS50/E51复合材料层合板螺栓连接静载拉伸的失效机制及强度进行分析,并将预测结果与试验结果进行对比。

基于微观力学失效理论的CFRP多向层合板低速冲击行为预测

基于微观力学失效(MMF)理论对碳纤维增强复合材料(CFRP)多向层合板在低速冲击载荷下失效机制及损伤过程进行分析和预测。建立基于MMF理论的层合板结构冲击损伤行为分析方法。首先,使用MMF理论对冲击过程中组分的失效类别进行判别;然后,根据组分失效的类别制定出相应的材料性能退化方案来实现对复合材料在低速冲击下的逐步失效分析;在ABAQUS平台上开发了基于显示分析的用户材料子程序(VUMAT),即基于MMF理论的层合板冲击损伤分析程序;最后,利用MMF理论冲击损伤行为分析方法,对UTS50/E51碳纤维增强复合材料多向层合板在小能量低速冲击情况下的失效机制和损伤形貌进行预测,并将预测结果与试验结果进行对比,分析了利用MMF理论预测冲击损伤这一方法的准确性。结果表明理论预测的凹坑直径与试验测试的凹坑直径误差为4.8%,预测的失效机制和损伤形貌与实际观察的一致。

基于MMF理论的碳纤维单向带复合材料细观强度的计算方法

针对单向带复合材料结构的承载能力和损伤失效特点,基于微观力学失效(MMF)理论对单向带复合材料的失效机制及损伤过程进行分析和预测,提出了一种确定单向带复合材料细观强度的跨尺度分析计算方法。以T300碳纤维/环氧树脂单向带复合材料为研究对象,首先建立单向带复合材料的细观尺度代表体积单元有限元模型,并采用应力放大因子方法实现单向带复合材料的宏观应力与细观应力的转换;然后结合单项带复合材料的宏观强度实验结果,设计单向带复合材料细观强度参数的求解流程,确定单向带复合材料的纤维及基体组分的细观强度。对于碳纤维/环氧树脂单向带复合材料,采用跨尺度分析计算方法可以得到碳纤维和环氧树脂基体各关键点所承受应力的极大值,其结果可用于单向带复合材料结构的疲劳强度预测。

碳纤维增强树脂基复合材料组分疲劳强度表征

对微观力学失效(Micro-mechanics of failure,MMF)理论的应用做了扩展,将其用于分析连续纤维增强树脂基(FRP)复合材料的三维复杂结构的疲劳强度。基于MMF理论,建立了连续FRP复合材料层合板疲劳强度表征方法。分别对碳纤维/树脂(UTS50/E51)复合材料单向层合板进行静载和疲劳试验,得到层合板的基本力学性能和宏观强度指标;对UTS50/E51层合板组分疲劳强度进行了表征,得到了纤维和树脂的拉伸、压缩MMF疲劳特征参量S-lgN曲线,为MMF方法应用于连续纤维增强复合材料层合板结构的疲劳强度分析提供了判断依据。使用建立的方法对UTS50/E51多向层合板的拉伸疲劳强度进行了分析,并将预测结果与试验结果进行对比。