3D复合材料中纤维搭桥对脱层屈曲的影响

本文用能量法求解了绑结层合板和编织复合材料等3D复合材料中有纤维搭桥的圆形脱层屈曲问题。搭桥纤维被视为连续分布于脱层面上、可提供与脱层屈曲挠度成正比的恢复力的线性弹簧，根据脱层夹支边界条件以及脱层只能向一个方向挠曲的约束条件，导出了一个特征长度a0，当脱层半径a超出a0时，脱层屈曲将仅发主在r＜a0的子圆域之内，并不跨越整个脱层区域（r≤a）；当脱层半径a小于a0时，脱层屈曲将跨越整个脱层区域，并随着a的减小，脱层屈曲的临界载荷将逐渐提高。

有横向纤维搭桥的脱层扩展稳定性分析

本文利用ｖｏｎＫａｒｍａｎ非线性薄板理论，求解了复合材料中有横向纤维搭桥作用的圆形薄膜脱层的后屈曲问题，获得了桥联脱层均匀扩展的能量释放率和断裂韧性。通过大量的计算和分析得到一个重要结论：搭桥纤维的存在不仅对脱层的初始扩展起到了增韧作用，而且避免了脱层扩展的灾难性。同时定量地给出了搭桥作用对脱层初始扩展的增韧程度，并且确定了桥联脱层扩展稳定与不稳定的分区，对不稳定脱层还给出了失稳扩展的范围及动态效应的估计。

3D复合材料纤维搭桥对椭圆脱层屈曲的影响

用能量法求解了绑结层合板和编织层合板等 3D复合材料中有纤维搭桥的椭圆形表面脱层的屈曲问题 .搭桥纤维被视为连续分布于脱层表面 ,可提供与脱层屈曲挠度成正比的恢复力的线性弹簧 .通过假定合理的屈曲模态 ,得到了满意的结果 .算例表明 ,纤维搭桥对提高临界屈曲载荷的作用十分明显 ,随着纤维搭桥弹性系数的增大 ,临界屈曲载荷迅速提高 ;椭圆长轴的长度增大时 。

3D复合材料纤维搭桥对方形表面脱层屈曲影响

用 Rayleigh- Ritz法求解了绑结层合板和编织层合板等 3D复合材料层合板中有纤维搭桥的正方形表面脱层的屈曲问题。搭桥纤维被视为连续分布于脱层表面 ,相当于可提供与脱层屈曲挠度成正比的恢复力的线性分布弹簧。算例表明 ,纤维搭桥对提高临界屈曲载荷的作用十分明显。随着纤维搭桥弹性系数的增大 ,临界屈曲载荷能相应提高。

3D复合材料纤维搭桥对圆形脱层屈曲的影响

用能量法求解了绑结层合板和编织层合板等 3D复合材料中纤维搭桥的椭圆形表面脱层屈曲问题。搭桥纤维被视为连续分布于脱层表面 ,可提供与脱层屈曲挠度成正比的恢复力的线性弹簧。算例表明 ,纤维搭桥对提高临界屈曲载荷的作用十分明显。

横向纤维搭桥下的脱层屈曲数值模拟

基于结构屈曲分析的ANSYS有限元法,在考虑横向纤维搭桥影响下,对矩形薄板的脱层屈曲进行数值模拟.结果表明:考虑纤维搭桥时,结构脱层屈曲的临界载荷大幅度提高;脱层后,屈曲模态将发生扩展并产生多个半波模态;随着约束刚度不断增大,脱层屈曲区域逐渐减小,局部屈曲的范围逐渐靠近受载端,且脱层屈曲的特征长度(半波波长)随之减小,而临界载荷值增大.

有纤维搭桥的矩形脱层屈曲

用有限元方法求解了3D复合材料中有纤维搭桥的矩形脱层屈曲问题.搭桥纤维和基体分别用分布于脱层单元节点上的只拉不压和只压不拉的线性弹簧单元来模拟,并把有纤维搭桥脱层屈曲的特征值问题转化成考虑初始缺陷的结构几何非线性强度问题,用增量非线性结构分析的有限元方法求解.结果表明,引进纤维搭桥后,脱层屈曲模态上存在与基体周期性的接触点(区),屈曲临界载荷随着纤维搭桥刚度的增加而增加.最后,通过数学公式给出了脱层屈曲的特征长度与纤维搭桥的关系式.

横向纤维搭桥下矩形脱层热屈曲数值模拟

基于板的小挠度理论以及热屈曲分析的ANSYS有限元法,考虑横向纤维搭桥的作用,对矩形薄板的脱层热屈曲进行数值模拟.有限元分析结果表明,随着纤维搭桥刚度的提高,热屈曲的临界屈曲温度随之增大,脱层屈曲区域逐渐减小.通过数值模拟的结果,能为工程结构中热屈曲问题提供参考.

含纤维搭桥的正交各向异性材料非线性矩形脱层屈曲分析

本文基于用挠度和应力函数表示的考虑含纤维搭桥影响的正交各向异性材料矩形脱层屈曲非线性方程组,采用伽辽金法获得了非线性矩形脱层屈曲的理论解,给出了屈曲载荷随脱层中心挠度、纤维搭桥因子及脱层几何和材料参数变化的解析关系式.通过理论计算与有限元数值结果的对比,验证了解的正确性.本文解可有效用于分析材料参数和几何参数以及纤维搭桥作用对结构非线性脱层屈曲行为的影响,对于复合材料抗压屈曲强度设计具有重要参考价值.

3D复合材料中非线性纤维搭桥下脱层的屈曲和初始后屈曲

建立了缝纫层合板和编织复合材料等3D复合材料中非线性纤维搭桥下脱层屈曲的计算模型,根据最小总势能原理分析了脱层屈曲和初始后屈曲问题,得出了非线性纤维搭桥下脱层屈曲的一些重要特征,预报了强化型非线性搭桥脱层初始后屈曲的稳定性和软化型搭桥初始后屈曲的不稳定性。

纤维搭桥技术在界面微观力学研究中的应用

界面在纤维增强复合材料中具有非常重要的作用,只有几十纳米到几十个微米的界面区域是复合材料的薄弱区域,严重影响复合材料的力学性能。通过微尺度实验力学研究微观结构与界面微观力学、宏观断裂性能之间的关系,有助于从微观角度解释复合材料界面应力传递和界面脱粘失效机理,从而为实际的纤维补强提供理论指导。显微共聚焦拉曼光谱是首选的界面微观力学研究方法。本文详细介绍了拉曼光谱在纤维搭桥技术中的应用,并重点从搭桥过程中纤维的架桥力、架桥纤维的止裂作用和界面应力传递三个方面综述了裂缝/架桥纤维的交互微力学。

3D复合材料中脱层的屈曲和后屈曲分析

利用ｖｏｎＫａｒｍａｎ非线性薄板理论，借助Ｔａｙｌｏｒ级数展开方法，求解了３Ｄ复合材料中圆形薄膜脱层的屈曲和后屈曲问题．其中着重分析了横向纤维搭桥约束作用对脱层屈曲性能的影响．大量的计算和分析发现，与无搭桥脱层的特征不同，纤维搭桥不仅起到了抑制脱层演化发展的作用，而且也会导致脱层屈曲模态的突变，从而大大改善了结构性能，提高了结构的剩余强度和使用寿命．

复合材料脱层屈曲的摄动解

用摄动法求解了 3 D复合材料中有纤维搭桥的圆形脱层的屈曲问题。搭桥纤维被视为连续分布于脱层面上的线性弹簧。给出了脱层屈曲临界载荷、挠度曲线与脱层半径、搭桥因子等的封闭关系式。根据脱层夹支边界条件以及脱层只能向一个方向挠曲的约束条件 ,导出了一个特征长度 a* ,当脱层半径超出 a*时 ,脱层屈曲时将发生靠近边界区域的接触现象 ;当脱层半径小于 a* 时 ,脱层屈曲将跨越整个脱层区域 ,并随着半径的减小 ,脱层屈曲的临界载荷将逐渐提高。

脱层屈曲的高阶摄动解

本文用摄动法求解了三维复合材料中有纤维搭桥的圆形脱层的屈曲问题。搭桥纤维被简化为连续分布于脱层面上的线性弹簧。用Taylor级数展开法确定了每一级摄动方程用Bessel函数表达的解析解,给出了脱层屈曲临界载荷、挠度曲线与脱层半径、搭桥因子等的封闭关系式。根据这一结果并考虑脱层只能向一个方向挠曲的约束条件,可以进一步探讨脱层屈曲的特征。