低速冲击碳纤维增强铝合金层合板力学响应

基于ABAQUS/Explicit建立低速冲击碳纤维增强铝合金(CFRP/Al)层合板有限元模型。采用Johnson-Cook本构模型模拟铝合金蒙皮力学行为,使用材料子程序VUMAT定义3D Hashin准则,以此判定碳纤维增强复合材料层内失效,Cohesive单元模拟层间胶粘层分离与分层损伤。模拟结果表明,铝合金蒙皮可以有效提高碳纤维增强基复合材料抗冲击性能,并且随着蒙皮厚度增加,CFRP/Al层合板变形量、接触力峰值会有所增大,吸能量和剩余冲击能占比有所减小;随着冲击能增加,层合板变形量、吸能量、接触力峰值、剩余冲击能占比皆呈增大趋势。

碳纤维增强铝合金层合板的残余热应力分析

碳纤维增强铝合金层合板(CARALL)是由碳纤维复合材料和铝合金薄板制成的,由于碳纤维复合材料和铝合金的热膨胀系数相差很大,加热固化后会产生较大的残余热应力。本文对碳纤维增强铝合金层合板中残余热应力进行了分析,并在碳纤维增强铝合金层合板的加热固化阶段,使用二次加热法来降低碳纤维复合材料和铝合金薄板的粘结温度,从而降低残余热应力。

碳纤维增强铝合金层板的腐蚀损伤演变与力学性能

纤维金属层板是一种综合性能优异的轻量化材料,已经成功地应用于航空航天领域。其中,使用碳纤维增强的纤维金属层板比采用玻璃纤维或芳纶纤维的层板具有更好的力学性能。然而,碳纤维与金属的结合容易引起电偶腐蚀,极大地限制了其应用。本文采用电化学方法、光学显微镜和扫描电子显微镜等分析了碳纤维增强铝合金层板在腐蚀环境中的腐蚀演变,探讨了防止碳纤维增强铝合金层板发生腐蚀的保护方法。结果表明,碳纤维与铝合金的连接改变了电位从而引起电偶腐蚀,电偶腐蚀会明显导致碳纤维增强铝合金层板的腐蚀速度变快,导致层间剪切强度下降达到72.1%;同时,缝隙腐蚀也对层板的影响很大从而引起分层破坏。层间剪切强度的下降与腐蚀时间呈现出类似线性的关系。此外,碳纤维与铝合金之间的粘接层并不能起到保护作用,而侧边保护却可以有效地减缓层板腐蚀速度。因此,碳纤维增强铝合金层板应该在裸露的边部涂上防腐涂料。该材料有潜力用于航空航天部件。

基于ABAQUS的碳纤维增强铝合金层合板的承载性能研究

碳纤维增强铝合金层合板材料是一种能够减轻桥面板自重的新型复合材料。本文运用ABAQUS软件建模分析的方法,研究了不同铝合金牌号和铺层结构对碳纤维铝合金层板材料面板的承载性能的影响,并与试验结果相验证。研究发现:由2024-T3、7075-T6牌号铝合金和[0/90/0]、[45/0/-45]铺层结构组合而成的4组3/2型碳纤维铝合金试件的初始刚度和极限荷载相差不大,极限位移存在明显差异,采用2024-T3铝合金的试件的极限位移比采用7075-T6铝合金的试件大,铺层结构为[45/0/-45]的极限位移比铺层结构为[0/90/0]的试件大;试件铝合金表面应变对称分布,采用2024-T3铝合金的试件的应变明显比采用7075-T6铝合金的试件大,且加载区短边应变水平明显高于长边;试件材料层损伤存在明显的先后顺序,其中0°纤维断裂最早发生,90°其次,45°纤维最晚,7075-T6铝合金断裂发生在纤维断裂之后,2024-T3铝合金断裂发生在纤维断裂过程中。

碳纤维复材-铝合金双槽形截面层合板梁承载性能预测研究

为了研究具有双槽形异型截面的碳纤维增强铝合金层合板梁的弯曲承载性能,采用压力模压热固化成形工艺制备了两组碳纤维铺层结构分别为[0°/90°/0°]和[45°/0°/-45°]的双槽形截面层合板梁构件,进行了四点弯曲试验,获得了不同试件的极限弯曲荷载和破坏模式。针对二维Hashin失效准则的局限性,采用FORTRAN语言编写了适用于ABAQUS/Explicit显式分析算法的VUMAT子程序,实现了基于三维Hashin失效准则的CFRP层渐进损伤的数值模拟分析功能,对双槽形层合板梁的承载性能和破坏形式进行了分析。同时,基于经典层合板理论提出了一种预测碳纤维增强铝合金层合板梁安全承载力的理论方法。试验、数值模拟与理论计算结果的比较表明,所提出的安全承载力计算方法可用于预测碳纤维增强铝合金槽形截面层合板梁的安全承载力,可应用于异形截面层合板梁构件的设计。

准静态载荷作用下螺栓连接CARALL结构的损伤分析

碳纤维增强铝合金层合板(CARALL)是一种较新的纤维金属层压材料。为研究CARALL层合板的螺栓连接性能,采用热压罐固化成型工艺制备试件,对其螺栓连接结构进行准静态拉伸试验。对接头在承受准静态拉伸载荷时的失效过程进行了讨论,失效模式涵盖铝合金塑性变形、碳纤维断裂和界面分层。针对CARALL各层的不同材料成分分别建立失效模型,并采用VUMAT子程序实现了基于三维Hashin失效准则对CFRP层的渐进损伤分析。试验与有限元预测的极限载荷相对误差为8.9%,且所提出的模型能较准确预测试件发生分层失效的位置,证明了该模型能够有效地预测碳纤维增强铝合金层合板单钉螺栓连接结构的力学性能。