拖挂载荷下复合材料水下防护结构损伤分析

通过对水下防护结构的材料开展海水劣化和材性试验,证明玻璃纤维和乙烯基酯树脂组成的复合材料在海水浸泡后仍具有很高的强度。根据海底管道终端的功能需求对水下防护罩展开结构设计和铺层设计。并基于Larc05损伤准则,借助ABAQUS对所设计的水下防护罩展开拖挂载荷下的损伤分析和研究。分别对有无帽型加强筋的两种防护罩上的4个不同拖挂位置进行加载、计算和分析,发现结构最容易发生的是基体损伤。无帽型加强筋的防护罩在位置3和4相对位置1和2更容易出现损伤。有帽型加强筋的防护罩相对无帽型防护罩,在位置2处的承载力下降了29.6%,发生纤维断裂损伤,剩余位置处承载力都有所提升。

单向热塑性复合材料层压板偏轴拉伸试验及其数值模拟

AS4/PEEK作为一种高性能的热塑性复合材料在航空航天、军事和汽车等领域应用广泛.对不同角度的单向AS4/PEEK层压板进行偏轴拉伸试验,获得了相应的应力-应变曲线、拉伸强度和断裂面角度.在数值模拟中,采用单参数三维塑性模型描述AS4/PEEK的非线性力学行为,模型中的塑性参数使用信任域反射算法得到.结合LaRC05准则和裂纹带理论开发了基于Abaqus的用户材料子程序VUMAT,并将其应用于偏轴拉伸的数值模拟.结果显示该三维弹塑性损伤本构模型能够较准确地模拟AS4/PEEK的塑性效应,且预测的拉伸强度与试验结果吻合良好.本文提出的三维弹塑性损伤模型为热塑性复合材料塑性变形和损伤的综合分析提供了一种准确且有效的方法.

复合材料带填充钉孔层压板拉伸载荷下损伤特性分析

复合材料填充钉孔层压板常用于机械连接设计中,考虑了开孔处的螺栓约束和层压板钉孔周边区域挤压变形的旁路失效问题,主要用于飞机复合材料结构的强度许用值设计,在航空航天等领域受到日益广泛的应用。为比较依据不同失效准则开展的复合材料带填充钉孔层压板拉伸损伤扩展失效特性,利用ABAQUS有限元软件,建立了二维和三维有限元模型,建模中考虑了材料非线性行为和失效判断等基本问题,基于Hashin准则和LaRC05准则对相应铺层顺序的含填充钉孔复合材料层压板进行了静态拉伸数值模拟,根据ASTM D6742进行了填充钉孔层压板单轴拉伸试验,将数值模拟结果与试验结果进行对比,数值模拟结果较好地模拟了含填充钉孔复合材料层压板的拉伸渐进失效模式,具有良好的工程应用意义。

基于BP神经网络的含褶皱复合材料强度预测

利用BP(Back propagation)神经网络处理多参数问题具有的非线性映射及泛化能力,构建了具有3层隐藏层的神经网络,对含纤维褶皱复合材料层合板的压缩强度进行预测。基于LaRC失效准则建立三维损伤模型,对含褶皱复合材料的压缩失效进行数值分析。将数值分析结果作为数据样本对神经网络进行训练。采用黄金分割法快速确定最佳隐藏层神经元数量区间范围,并通过分析对比不同数量神经元模型的强度预测结果及评价指标,确定具有高预测精度的隐藏层神经元数量。结果表明,所构建的神经网络预测最大褶皱角为5.6°、9.9°和11.4°的3种层合板失效强度误差分别为3.4%、4.6%和-0.01%。本文所发展的基于BP神经网络对复合材料强度进行预测的方法,为工程应用中复合材料强度评估提供了一种有效的途径。

复合材料开孔板拉伸损伤对剩余压缩强度的影响

通过试验和数值分析相结合的方式,探究含孔复合材料层合板拉伸损伤对其剩余压缩强度和失效模式的影响。试验方面,首先,通过开孔复合材料层合板拉伸试验引入两种程度的拉伸损伤,使用热揭层方法表征和量化其拉伸损伤程度。随后,开展含拉伸损伤的开孔复合材料层合板压缩试验,记录其载荷-位移曲线,并通过数字图像相关法(DIC)、应变片、微距相机等手段观察其变形和损伤演化特征。数值分析方面,构建基于LaRC失效准则的渐进损伤失效模型描述层内损伤演化,使用内聚力单元方法刻画复合材料层间分层损伤,基于此模型探究了开孔复合材料层合板损伤扩展规律。试验结果表明:拉伸载荷引起的孔边复合材料损伤以基体裂纹和分层损伤为主,在加载方向和纤维朝向夹角较小的层间,分层损伤程度更大。拉伸损伤会进一步加剧孔周应变集中,使孔邻域应变呈非对称,导致结构局部屈曲更早地发生,进而诱发结构整体破坏,相对于不含拉伸损伤开孔板,含拉伸损伤开孔板可使结构压缩承载能力下降25.8%。构建的数值计算模型可以准确预测拉伸载荷下孔周剪切应力引起的分层损伤和压缩阶段应变域场演化特征,也可揭示含不同程度拉伸损伤的开孔板压缩损伤扩展模式差异及探究纤维弯折失效、基体损伤和层间分层对结构承载能力的影响规律,为复合材料开孔板在变载荷作用下结构设计与剩余强度的确定提供支撑。