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Strain-Rate Dependency of a Unidirectional Filament Wound Composite under Compression
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作者 Stepan Konev Victor A.Eremeyev +5 位作者 Hamid M.Sedighi Leonid Igumnov Anatoly Bragov Aleksandr Konstantinov Ayaulym Kuanyshova Ivan Sergeichev 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2023年第12期2149-2161,共13页
This article presents the results of experimental studies concerning the dynamic deformation and failure of a unidirectional carbon fiber reinforced plastic(T700/LY113)under compression.The test samples were manufactu... This article presents the results of experimental studies concerning the dynamic deformation and failure of a unidirectional carbon fiber reinforced plastic(T700/LY113)under compression.The test samples were manufactured through the filament winding of flat plates.To establish the strain rate dependencies of the strength and elastic modulus of the material,dynamic tests were carried out using a drop tower,the Split Hopkinson Pressure Bar method,and standard static tests.The samples were loaded both along and perpendicular to the direction of the reinforcing fiber.The applicability of the obtained samples for static and dynamic tests was confirmed through finite elementmodeling and the high-speed imaging of the deformation and failure of samples during testing.As a result of the conducted experimental studies,static and dynamic stress-strain curves,time dependencies of deformation and the stress and strain rates of the samples during compression were obtained.Based on these results,the strain rate dependencies of the strength and elasticity modulus in the strain rate range of 0.001-6001/s are constructed.It is shown that the strain rate significantly affects the strength and deformation characteristics of the unidirectional carbon fiber composites under compression.An increase in the strain rate by 5 orders of magnitude increased the strength and elastic modulus along the fiber direction by 42%and 50%,respectively.Perpendicular loading resulted in a strength and elastic modulus increase by 58%and 50%,respectively.The average strength along the fibers at the largest studied strain rate was about 1000MPa.The obtained results can be used to design structural elements made of polymer composite materials operating under dynamic shock loads,as well as to build models of mechanical behavior and failure criteria of such materials,taking into account the strain rate effects. 展开更多
关键词 High strain rate compositeS filament winding dynamic strength Split Hopkinson Pressure Bar compression
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缠绕角度对碳/环氧厚壁管件轴压性能影响的实验研究 被引量:2
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作者 彭超义 菊苏 +2 位作者 曾竟成 杜刚 肖加余 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2006年第1期38-40,共3页
文摘采用缠绕工艺制备了20°、30°和40°三种缠绕角度的碳/环氧厚壁管件,通过轴压实验研究了缠绕角度对厚壁管件的轴压模量和轴压强度的影响,并对轴压破坏模式进行了分析。实验测得轴向模量值比有限元模型计算值偏小,破坏... 文摘采用缠绕工艺制备了20°、30°和40°三种缠绕角度的碳/环氧厚壁管件,通过轴压实验研究了缠绕角度对厚壁管件的轴压模量和轴压强度的影响,并对轴压破坏模式进行了分析。实验测得轴向模量值比有限元模型计算值偏小,破坏模式为纤维层向外崩裂破坏与有限元分析结果一致。 展开更多
关键词 缠绕 轴压 模量 强度 破坏
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多向纤维缠绕小样机的研制 被引量:3
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作者 谢霞 刘良森 +2 位作者 邱冠雄 姜亚明 王鹏 《机械设计与制造》 北大核心 2006年第8期85-87,共3页
首先对多向纤维缠绕制品的特性进行了分析。然后以实现多向纤维缠绕为基础,从总体结构、芯模零部件设计、传动系统设计以及控制系统设计等几个方面介绍了多向纤维缠绕小样机的研制。这些将为开发功能更完备的大型多向纤维缠绕机械提供... 首先对多向纤维缠绕制品的特性进行了分析。然后以实现多向纤维缠绕为基础,从总体结构、芯模零部件设计、传动系统设计以及控制系统设计等几个方面介绍了多向纤维缠绕小样机的研制。这些将为开发功能更完备的大型多向纤维缠绕机械提供很好的实践基础。 展开更多
关键词 多向纤维缠绕小样机 多向纤维缠绕复合材料 轴向缠绕
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缠绕管件轴压下径向形变和破坏模式的有限元分析与验证 被引量:3
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作者 彭超义 曾竟成 +1 位作者 杜刚 肖加余 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2005年第2期7-8,13,共3页
本文采用缠绕工艺制备厚壁碳/环氧复合材料主承力管件,对所制备管件试样进行轴压破坏试验,并采用有限元分析软件ANSYS7.0对试验过程进行模拟分析.分析结果表明轴压管件径向形变最大的位置在距离管件端面20~25mm处,表明该位置容易发生破... 本文采用缠绕工艺制备厚壁碳/环氧复合材料主承力管件,对所制备管件试样进行轴压破坏试验,并采用有限元分析软件ANSYS7.0对试验过程进行模拟分析.分析结果表明轴压管件径向形变最大的位置在距离管件端面20~25mm处,表明该位置容易发生破坏,与实验结果是一致的. 展开更多
关键词 缠绕 厚壁管件 碳/环氧 轴压试验 有限元分析
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轴压作用下缠绕复合材料夹芯圆柱壳力学性能研究 被引量:4
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作者 陈悦 朱锡 +1 位作者 李华东 朱子旭 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期5-8,共4页
为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采... 为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采用ABAQUS有限元软件对结构模型进行分析,得到不同载荷下的应变规律;最后,将有限元计算结果与试验结果进行对比,轴向刚度误差为10.69%,测点应变值最大误差为12.88%,表明该方法可用于缠绕复合材料夹芯圆柱壳计算,为复合材料夹芯圆柱壳的设计应用提供指导。 展开更多
关键词 缠绕 复合材料 夹芯圆柱壳 轴压试验
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端面边缘效应对缠绕管件轴压强度的影响 被引量:1
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作者 彭超义 曾竟成 +2 位作者 肖加余 杜刚 江大志 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期449-453,共5页
建立了缠绕管件三维有限元模型,通过应力分析发现轴压条件下缠绕管件受压端面存在明显应力集中现象,由此预测管件受压端面边缘效应会导致管件轴压强度下降,通过三维有限元模型对端头加强和未加强管件的轴压强度分别进行了定量计算,得出... 建立了缠绕管件三维有限元模型,通过应力分析发现轴压条件下缠绕管件受压端面存在明显应力集中现象,由此预测管件受压端面边缘效应会导致管件轴压强度下降,通过三维有限元模型对端头加强和未加强管件的轴压强度分别进行了定量计算,得出端头加强管件的轴压强度明显高于未加强管件的轴压强度。在理论分析的基础上,设计了缠绕管件轴压性能实验,实验结果对理论分析结果进行了验证。研究结果表明,对缠绕管件进行端头加强后,可有效减轻端面效应对轴压强度的负面影响,轴压强度可提高30%以上。 展开更多
关键词 复合材料推力管 缠绕 管件 边缘效应 轴压强度
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F-3A/E与F-12/E复合材料圆管轴压性能对比 被引量:1
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作者 张阳 程文 +2 位作者 王斌 王百亚 刘建超 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期31-34,共4页
采用缠绕成型的方法制备了F-3A/E复合材料薄壁圆管,通过对比试验研究了树脂配方和增强纤维对管件轴压性能的影响,并对缠绕管件的轴压破坏模式进行研究。同时与F-12/E复合材料进行了对比分析。结果表明:(1)TH-1配方适合F-3A纤维... 采用缠绕成型的方法制备了F-3A/E复合材料薄壁圆管,通过对比试验研究了树脂配方和增强纤维对管件轴压性能的影响,并对缠绕管件的轴压破坏模式进行研究。同时与F-12/E复合材料进行了对比分析。结果表明:(1)TH-1配方适合F-3A纤维制备复合材料;(2)F-3A/E复合材料缠绕管件轴压承载力比F-12/E复合材料管件的高16.5%~23.9%,且轴压性能具有良好的稳定性;(3)F-3A/E管件轴压破坏形式表现为脆性破坏,而F-12/E管件轴压则表现为韧性破坏模式。 展开更多
关键词 复合材料 缠绕成型 轴压
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约束状态对纤维缠绕复合材料圆柱网格结构稳定性的影响 被引量:1
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作者 廖英强 《强度与环境》 2011年第6期34-38,共5页
利用有限元法对纤维缠绕复合材料圆柱网格结构的稳定性进行了分析,结合ANSYS二次开发语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)编写了圆柱网格结构优化设计程序。利用该程序研究了底部固定,顶部自由或径向固定两种约束状态下,网格结... 利用有限元法对纤维缠绕复合材料圆柱网格结构的稳定性进行了分析,结合ANSYS二次开发语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)编写了圆柱网格结构优化设计程序。利用该程序研究了底部固定,顶部自由或径向固定两种约束状态下,网格结构载荷质量比随缠绕角度、筋截面高宽比、环筋条数以及纵筋对数等设计参数的变化规律。理论研究结果表明:当设计参数在一定范围内变化时,约束状态的变化对网格结构的稳定性有显著影响。最后,对一定尺寸的网格结构进行了轴压实验,实验结果表明:利用有限元方法可以有效预测复合材料网格结构的稳定性并进行优化设计。 展开更多
关键词 APDL 稳定性 网格结构 纤维缠绕
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新型速钻复合桥塞的开发与应用 被引量:24
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作者 叶登胜 李斌 +2 位作者 周正 潘勇 尹丛彬 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期62-66,共5页
桥塞分段压裂技术是目前国内外非常规油气藏增产改造的主体技术之一,具有分段压裂层数不受限制、能实现大规模大排量体积压裂、桥塞钻铣完后井筒畅通等优势,其技术核心是桥塞工具。但此前该技术和速钻桥塞均需进口,价格高且影响非常规... 桥塞分段压裂技术是目前国内外非常规油气藏增产改造的主体技术之一,具有分段压裂层数不受限制、能实现大规模大排量体积压裂、桥塞钻铣完后井筒畅通等优势,其技术核心是桥塞工具。但此前该技术和速钻桥塞均需进口,价格高且影响非常规气藏工业化开发的周期。通过力学分析、结构优化、材料优选和实验评价,成功开发出了具备高钻磨效率和高密封承压能力的新型速钻复合桥塞,并实现了复合材料生产成型、桥塞设计加工国产化。新型速钻复合桥塞主要包括丢手机构、锚定机构和密封机构,其中丢手机构通过剪切销钉控制坐封工具与桥塞丢手;锚定机构具有芯轴防转动和防下移功能,可有效提高钻磨效率;密封单元和保护套采用弧面结构设计,能提高密封承压能力。其主要部件均采用特殊增强材料和树脂基体复合而成,并经过缠绕和模压等工艺加工成型,材料强度高、可钻性好、钻屑易返排。新型速钻复合桥塞已现场应用20余井次,动作灵活、密封可靠、钻磨效率高,能够满足非常规气藏储层改造的要求。 展开更多
关键词 复合 速钻桥塞 模压成型 缠绕成型 钻磨 分段压裂 工具 国产化 页岩气
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复合材料压力容器自紧后残余变形研究及有限元分析 被引量:4
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作者 舒明杰 李云仲 刘翀 《玻璃钢/复合材料》 CSCD 北大核心 2017年第9期73-77,45,共6页
研究复合材料压力容器自紧加卸载过程中的轴向残余变形趋势,揭示复合材料压力容器轴向残余变形机理与成因,对合理控制复合材料压力容器自紧过程中的尺寸稳定性具有重要研究和应用意义。主要针对碳纤维缠绕钛内衬压力容器自紧后出现的残... 研究复合材料压力容器自紧加卸载过程中的轴向残余变形趋势,揭示复合材料压力容器轴向残余变形机理与成因,对合理控制复合材料压力容器自紧过程中的尺寸稳定性具有重要研究和应用意义。主要针对碳纤维缠绕钛内衬压力容器自紧后出现的残余变形现象展开实验研究和有限元分析。结果表明,自紧加卸载后,钛内衬发生了塑性残余变形,为保证封头曲线的连续协调性,封头内衬向内凹陷,容器在轴向产生缩短变形趋势。此外,钛内衬材料屈服强度变化是容器轴向残余变形的显著影响因素,随着钛内衬材料屈服强度的增加,复合材料压力容器轴向残余变形量(缩短)减小,有限元分析结果和实验预测具有很好的一致性。 展开更多
关键词 复合材料 纤维缠绕 压力容器 轴向残余变形 自紧
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碳纤维复合材料缠绕铝合金管准静态轴向压缩的数值模拟 被引量:3
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作者 董帆 马其华 +1 位作者 甘学辉 周天俊 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期66-74,共9页
以多层(10层)和少层(3层)碳纤维复合材料缠绕铝合金管(Al-CFRP混合管)为研究对象,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立单层壳模型、多层常规壳模型和多层连续壳模型3种模型,基于Hashin失效准则对混合管轴向压缩变形过程进行仿真,对比了... 以多层(10层)和少层(3层)碳纤维复合材料缠绕铝合金管(Al-CFRP混合管)为研究对象,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立单层壳模型、多层常规壳模型和多层连续壳模型3种模型,基于Hashin失效准则对混合管轴向压缩变形过程进行仿真,对比了各模型的仿真准确性;将初始峰值载荷、比吸能、平均压缩载荷仿真相对误差和仿真时间进行无量纲化和权重处理,对各模型进行综合评价。结果表明:多层壳模型可以更好地预测混合管在轴向压缩下的损伤变形和吸能特性;对于多层缠绕混合管,最佳模型为多层连续壳模型,对于少层缠绕混合管,多层常规壳模型具有最小的误差。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料缠绕铝管 轴向压缩 数值模拟 吸能特性 模型选择
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碳纤维缠绕复合铝圆管轴向压溃力学性能研究 被引量:1
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作者 崔政粱 刘强 赖丽萍 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2020年第2期5-9,共5页
车载储氢气瓶的主要组成部分包括铝合金和缠绕碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plasti,简称“CFRP”)。本文采用准静态轴压的实验方法研究了碳纤维缠绕复合管的破坏模式和纤维角度对复合管耐压性的影响,并将复合管和单独铝管的... 车载储氢气瓶的主要组成部分包括铝合金和缠绕碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plasti,简称“CFRP”)。本文采用准静态轴压的实验方法研究了碳纤维缠绕复合管的破坏模式和纤维角度对复合管耐压性的影响,并将复合管和单独铝管的性能进行了对比。研究发现:所制备样件的外层纤维壁破坏表现为纤维的渐进式脆性断裂模式,内层铝壁破坏主要表现为金刚石模式;纤维缠绕角度在30°到60°范围内,复合管的峰值力随着碳纤维缠绕角度的增大而减小,碳纤维缠绕角度为45°的复合管具有最高的总吸能、比吸能率和压缩力效率;复合管的吸能主要来源于铝合金、碳纤维本身的变形以及碳纤维和铝合金的相互作用。研究表明,缠绕纤维和铝合金之间的相互作用能显著改善单独铝管的耐压性能。 展开更多
关键词 纤维缠绕 复合管 碳纤维 轴向压溃
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芳纶包覆碳纤维增强环氧树脂的轴向压缩性能研究
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作者 阮芳涛 夏成龙 +4 位作者 张宝根 曹叶 刘志 徐珍珍 章劲草 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期19-23,共5页
采用缠绕法制备了芳纶长丝包覆碳纤维束,利用真空辅助树脂转移成型法制备了包覆碳纤维增强环氧树脂。通过电子万能试验机测试了复合材料的轴向压缩性能,研究了长丝缠绕方式、包覆密度和碳纤维束的数量对试样压缩强度及破坏模式的影响。... 采用缠绕法制备了芳纶长丝包覆碳纤维束,利用真空辅助树脂转移成型法制备了包覆碳纤维增强环氧树脂。通过电子万能试验机测试了复合材料的轴向压缩性能,研究了长丝缠绕方式、包覆密度和碳纤维束的数量对试样压缩强度及破坏模式的影响。结果表明,芳纶包覆能够提升碳纤维复合材料的压缩强度,随着芳纶长丝包覆密度的增加,压缩强度逐渐增加;相比较单向缠绕包覆方式,芳纶长丝双向缠绕包覆能够进一步提升复合材料的轴向压缩强度;增强纤维束的数量会影响纤维屈曲状态,进而使得纤维复合材料的压缩强度进一步提升。 展开更多
关键词 长丝包覆 纤维增强树脂 复合材料 轴向压缩强度
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内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱轴压力学性能试验研究 被引量:3
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作者 沈高奎 齐玉军 +1 位作者 陆建成 沈振 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3388-3403,共16页
内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱(T-section concrete filled steel and GFRP tubular composite column,T-SCFC)包括外部钢管、夹层混凝土、玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)管和核心混凝土。对1... 内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱(T-section concrete filled steel and GFRP tubular composite column,T-SCFC)包括外部钢管、夹层混凝土、玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)管和核心混凝土。对14根不同截面形式的约束混凝土短柱和3组内置不同复材管壁厚的T形截面钢管混凝土组合柱进行轴压试验,对比分析了方钢管混凝土短柱(Square concrete filled steel tube,CFST)、复材管约束混凝土短柱(Concrete filled GFRP tube,CFFT)、内置复材约束方钢管混凝土短柱(Steelconcrete-GFRP-concrete tube,SCFC)和T-SCFC柱在轴压荷载作用下的力学性能。建立与试件同尺寸的有限元模型,并开展数值参数分析,研究不同钢管壁厚和核心混凝土强度对T-SCFC柱轴心受压性能的影响。结果表明:内置约束复材管可以明显提高方钢管混凝土短柱的受压性能,显著延缓SCFC短柱在轴压荷载作用下的钢材屈服和鼓曲;T-SCFC柱在达到峰值荷载前,荷载-轴向位移曲线呈双线性增长,复材断裂后试件保持较高的残余承载力呈延性破坏,可以将复材断裂作为该类组合柱的失效点,增加复材管壁厚可以明显提高试件承载力;有限元模型计算结果与试验吻合较好;增加钢管壁厚可明显提高试件的承载力,提高试件核心混凝土强度仅对试件的等效屈服荷载有一定提高作用,对试件峰值承载力的影响较小。 展开更多
关键词 缠绕型GFRP管 T形截面组合柱 轴心受压 数值模拟 参数分析 混凝土
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