基于VCCT复合材料柔性梁疲劳寿命研究

建立了直升机复合材料柔性梁的二维有限元模型,计算了在离心力和挥舞弯矩载荷作用下柔性梁的应力-应变场;应变计算值与试验值基本一致,说明该模型是合理的。针对柔性梁内部断层引起的分层,引入了虚拟裂纹闭合技术;考虑分层尖端前后单元长度不等和大转动的影响,修正了应变能释放率的计算公式。结合有限元模型和虚拟裂纹闭合技术,计算了分层扩展时的应变能释放率。利用应变能释放率的最大值预测了柔性梁的分层疲劳寿命,预测结果与试验值相一致。

基于光滑有限元的含裂纹复合材料的虚拟裂纹闭合法

为提高求解断裂参数的精度和效率,将光滑有限元法与虚拟裂纹闭合法相结合,提出光滑有限元-虚拟裂纹闭合法.对含不同长度和角度的倾斜裂纹复合材料圆板的断裂参数进行了求解,并与有限元-虚拟裂纹闭合法计算结果进行了对比.数值算例结果验证了该方法具有高精度,裂纹尖端处单元不需特殊处理,对网格尺寸要求低等优点,是分析断裂问题简洁高效的数值计算方法.

基于光滑边域有限元法的二维裂纹扩展分析

为了提高预测裂纹扩展路径的准确性和效率,本文将光滑边域有限元法和虚拟裂纹闭合法相结合,利用常应变三角形单元,获得裂纹尖端处的断裂控制参量应力强度因子,并运用最大拉应力准则求得裂纹在荷载作用下的启裂方向,对裂纹扩展轨迹给出自动跟踪方法;对三个典型二维裂纹扩展模型,预测了裂纹扩展路径,并将结果与参考文献中的结果进行对比,验证方法的有效性与准确性。数值结果表明:该方法具有单元简单、网格尺寸要求低、裂纹尖端处单元不需特殊处理等优点,是分析裂纹扩展问题简洁高效的数值计算方法。

重合网格法在复合材料分层问题中的应用

使用重合网格法(S-FEM)分析了混合模态下CFRP层合板分层问题。首先将虚裂纹闭合技术集成到S-FEM程序中,求解了复合材料分层尖端处的应变能释放率。然后把重合网格法数值结果与基于梁理论的计算结果及实验数据进行了比较。结果表明,对于单方向及多方向CFRP复合材料层合板,重合网格法都能够得到更精确的数值,是一种有效的计算复合材料裂纹尖端应变能释放率的方法。

复合材料界面裂纹尖端应变能释放率及模态混合度计算

为了准确预测复合材料层合板分层扩展及疲劳损伤,应用改进的虚裂纹闭合技术计算复合材料分层尖端处应变能释放率及模态混合度。首先介绍了改进的虚裂纹闭合技术,然后将其应用到重合网格法中,求得了分层尖端处总应变能释放率,并提取了各模态下的应变能释放率分量。最后利用某界面裂纹模型验证了该方法计算应变能释放率、模态混合度及提取应变能释放率分量的有效性。

基于均匀网格的复合材料层合板分层损伤建模

基于扩展逐层法(XLWM,extended layerwise method)、多维最大熵原理和分层前缘跟踪算法,建立了一种用于分析复合材料层合板分层损伤的均匀网格快速建模和分析方法(FUGD,fast uniform-grid delamination)。利用该方法可通过C扫描(或X射线)图像和二维均匀有限元网格快速建立分层损伤分析模型。首先,基于多维最大熵原理和扫描图像上的像素点灰度值重建分层区域,处于分层区域的有限元节点被标记为分层节点;然后,通过分层前缘跟踪算法和已标记为分层的节点精确地跟踪分层前缘;最后,以含方形、圆形、双圆形分层区域的方形层合板为例,验证该方法的有效性。

复合式路面疲劳裂纹扩展寿命模型及子程序开发应用

文章基于虚拟裂纹闭合法(virtual crack closure technique,VCCT),提出复合式路面疲劳裂纹扩展寿命理论模型,借助现有有限元软件,开发模拟复合式路面疲劳裂纹扩展过程的子程序,用其计算路面结构在裂纹扩展中的能量释放率,通过相关公式求得复合式路面的疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明,使用VCCT计算代价较小,计算精度较高,利用子程序可高效计算路面结构的能量释放率,最终计算结果接近于实际疲劳寿命。

弯曲半径对柔性电子器件层间分离的影响

根据欧拉梁理论建立了多层柔性电子器件变形弯曲下能量释放率的数学计算模型,得到了给定条件下能量释放率与半径的关系式,并利用虚拟裂纹闭合法对理论模型进行了验证,进一步分析了弯曲半径对给定器件粘结层分离的影响。该研究为防止器件失效提供了理论参考,对柔性电子器件制造及应用具有参考意义。

飞机声疲劳裂纹扩展的分析方法研究

随着近年来各种大型、超高速飞行器的加速研制,发动机噪声越来越高,随之而来的结构声疲劳问题也越来越引起人们的重视。作为一种非常规的高周低应力振动疲劳问题,声疲劳裂纹扩展的处理是一项工程难题。分析了声疲劳裂纹扩展问题的主要技术难点,改进了虚拟裂纹闭合法(VCCT),并将其应用到某飞机结构声疲劳问题中,对某飞机结构在噪声载荷作用下的裂纹扩展情况进行了计算。结果表明,改进后的VCCT方法合理可行,具有一定的工程应用价值。不过由于材料在随机振动载荷作用下的裂纹扩展参数与静态(或准静态)下会有所差异,故对于分析中使用的材料参数,应该进行静-动转换或者通过专门的动态试验来测得。

含裂纹胶接金属加筋板的Ⅰ型应力强度因子求解

借鉴纤维增强金属层板桥接应力求解模型的理论和方法建立了胶接金属加筋板桥接力的求解模型,利用叠加原理将含裂纹胶接加筋板的Ⅰ型应力强度因子的求解分为2种情况,即利用Swift的位移协调方法求解破损筋条和普通筋条作用下基板的应力强度因子,以及利用桥接力模型求解桥接筋条作用下基板的应力强度因子.同时,利用有限元法和相关文献的实验结果验证桥接力模型和应力强度因子求解方法的有效性.结果表明,所建立的桥接力模型能够快速求解桥接力和胶接加筋板的Ⅰ型应力强度因子.

半圆形初始裂纹在交变拉伸载荷下的裂尖应力场数值模拟

[目的]为研究板结构中初始裂纹深度沿板厚方向分布不均匀的问题,[方法]基于三维虚拟裂纹闭合技术(VCCT),以半圆形初始裂纹为例,对其在交变拉伸载荷作用下的裂尖应力场进行数值模拟。[结果]结果表明:对于裂纹水平面的应力场,在发生塑性变形的区域,计算点的von Mises等效应力随着距裂尖距离的增大而减小,两者之间呈线性或双线性关系;在未发生塑性变形的区域,该应力值基本上是裂尖距离的三次函数。对于裂纹横断面,裂纹总是沿裂纹边缘形状的法向方向扩展,且应力峰值出现在裂纹边缘,裂纹内部应力值随着距裂纹中心的距离呈现高度的非线性分布,而外部应力值则随着距裂纹中心距离的增大而减小。当该距离超过裂纹半径的1.67倍时,应力集中消失;当拉伸载荷为2/3和1/3倍材料屈服应力时,裂纹边缘的应力峰值总是分别等于载荷的1.45倍和2倍。[结论]研究结果可为考虑初始裂纹的板结构的疲劳强度计算提供参考。

Compressive behavior of composite panels with deeply embedded delamination

The compressive behavior of laminates with a deeply embedded circular delamination was studied numerically and experimentally.In the finite element analysis(FEA),virtual crack closure technique(VCCT) and B-K law were employed to simulate the delamination growth,and the contact of the two substrates was considered.The effect of the delamination size and through-thickness position on the compressive behavior of laminates with an artificially embedded circular delamination was discussed.It is found that the through-thickness position affects the buckling mode,which then strongly influences delamination growth speed and direction,as well as the dominant component energy release rate(ERR).The numerical results agreed well with the experimental results.