含孔二維機(jī)織復(fù)合材料層合板強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法

針對(duì)含孔有限寬復(fù)合材料層合板的應(yīng)力集中問題,提出一種計(jì)算孔邊應(yīng)力分布及應(yīng)力集中因子的方法:先利用經(jīng)典層板理論,將復(fù)合材料層合板化歸為各向異性板;再將各向異性板等效轉(zhuǎn)換為一偏軸拉伸的單向纖維層板;最后利用含孔偏軸單向板的孔邊應(yīng)力計(jì)算公式來分析一般鋪層層合板孔邊應(yīng)力集中情況。根據(jù)所推導(dǎo)的計(jì)算公式,分析討論了板寬/孔徑比、鋪層比例、鋪層方式、材料性能參數(shù)等因素對(duì)孔邊應(yīng)力集中的影響。

含孔復(fù)合材料層合板的壓縮性能研究-論文

7層板破壞次序根據(jù)上述分析及單向復(fù)合材料的破壞應(yīng)變得出,當(dāng)僅n1拉伸作用時(shí)的破壞次序是:90°鋪層橫向先拉壞,其次是±45°鋪層或±60°鋪層剪切破壞,最后才是0°鋪層縱向拉壞。僅在n1壓縮作用時(shí)的破壞次序是:±45°鋪層或±60°鋪層先剪切破壞,其次是0°鋪層縱向壓壞,最后是90°鋪層橫向壓壞。僅在n6作用時(shí)的破壞次序是:±45°鋪層或±60°鋪層橫向拉壞,其次是0°、90°鋪層剪切破壞,最后是±45°鋪層或±60°鋪層縱向破壞。

11月12日,由浙江中天紡檢測(cè)有限公司和海寧市馬橋經(jīng)編行業(yè)協(xié)會(huì)主導(dǎo)制定的馬橋經(jīng)編《篷蓋用機(jī)織復(fù)合材料》聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)審定會(huì)召開。浙江海利得新材料股份有限公司、浙江錦達(dá)新材料有限公司、浙江宇立塑膠有限公司等13家篷蓋用機(jī)織復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)骨干參加了該標(biāo)準(zhǔn)的討論。

該文結(jié)合徑向基點(diǎn)插值函數(shù)、彈簧層模型和彈性材料修正后的h-r(hellinger-reissner)變分原理,推導(dǎo)了含弱粘接復(fù)合材料層合板控制方程的無網(wǎng)格列式。利用典型徑向基函數(shù)multiquadric(mq),計(jì)算了含弱粘接復(fù)合材料層合板的應(yīng)力與位移。通過與精確法的對(duì)比,證明了控制方程無網(wǎng)格列式的正確性,并研究了弱粘接剛度和面積對(duì)層合板位移的影響規(guī)律。含弱粘接復(fù)合材料層合板控制方程的無網(wǎng)格列式與精確方法相比,更適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)與復(fù)雜邊界條件。

使用有限元模擬計(jì)算了含孔復(fù)合材料層合板開口縫合補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。研究了含孔復(fù)合材料層合板在軸向拉伸載荷作用下孔邊各個(gè)鋪層的層間應(yīng)力分布情況,并將縫合后的層間應(yīng)力值與縫合前的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行了比較,主要研究了不同縫合參數(shù)對(duì)孔邊層間應(yīng)力的影響。通過有限元模擬計(jì)算可得,層合板縫合補(bǔ)強(qiáng)后,孔邊的層間應(yīng)力比未縫合前顯著減小,孔邊附近層間應(yīng)力的分布與相鄰鋪層的鋪層角有關(guān),不同鋪層之間的層間應(yīng)力沿孔邊區(qū)域存在應(yīng)力的轉(zhuǎn)換點(diǎn),并且存在顯著差別。

板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種受力性能合理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益良好的新型空間結(jié)構(gòu)形式。本文結(jié)合復(fù)合材料力學(xué)理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)(板殼理論),采用組合結(jié)構(gòu)有限元對(duì)復(fù)合材料層合板自身的強(qiáng)度和主要影響因素進(jìn)行全面和深入的研究,研究復(fù)合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能,為復(fù)合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和層合板鋪層設(shè)計(jì)提供理論上的依據(jù),得出了可應(yīng)用于工程實(shí)踐的重要結(jié)論。

對(duì)復(fù)合材料開孔層合板有限元建模過程中網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行量化研究。應(yīng)用參數(shù)化的方法建立多種板寬孔徑比、多種鋪層比例的開孔層合板模型,逐級(jí)調(diào)整網(wǎng)格密度,計(jì)算單軸拉伸載荷作用下孔邊最大應(yīng)力集中系數(shù)。根據(jù)有限元結(jié)果,結(jié)合牛頓插值的數(shù)值計(jì)算方法,模擬出開孔層合板合理的網(wǎng)格密度劃分方程。然后,對(duì)該網(wǎng)格劃分方程下計(jì)算的數(shù)值解進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證與解析解驗(yàn)證。結(jié)果表明,這種網(wǎng)格密度劃分方程能有效地降低計(jì)算誤差,可以在板寬孔徑比大于3的復(fù)合材料開孔層合板的有限元計(jì)算中廣泛使用。

為了更加準(zhǔn)確地對(duì)雙軸向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在雙向載荷作用下的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè),本文針對(duì)tsai-wu強(qiáng)度理論進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。首先,討論tsai-wu張量準(zhǔn)則在雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的應(yīng)用問題,并確定用雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)來測(cè)定準(zhǔn)則其中的一個(gè)強(qiáng)度參數(shù)f12。其次,采用數(shù)值模擬方法,結(jié)合taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)十字形試件進(jìn)行外形設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化,得到了中心應(yīng)力水平高、過渡區(qū)域應(yīng)力集中系數(shù)小的十字形試件。最后,對(duì)十字形試件進(jìn)行不同載荷比的雙軸拉伸實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到強(qiáng)度參數(shù)f12,并擬合了該材料應(yīng)力平面第一象限的強(qiáng)度包絡(luò)線。研究結(jié)果表明,經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正后的tsai-wu強(qiáng)度包絡(luò)線能夠準(zhǔn)確地反映出材料的強(qiáng)度特性。

建立了復(fù)合材料加筋壁板屈曲和后屈曲有限元分析模型。該模型采用實(shí)體單元有效模擬筋條和蒙皮之間的連接。連接界面采用二次應(yīng)力準(zhǔn)則作為損傷起始判據(jù)、混合能量準(zhǔn)則作為損傷擴(kuò)展判據(jù),并自定義損傷變量實(shí)現(xiàn)剛度非線性衰減。復(fù)合材料壁板采用斷裂面準(zhǔn)則作為失效判據(jù),該判據(jù)能有效判斷基體的失效?；赼baqus動(dòng)態(tài)顯示分析步,模擬了復(fù)合材料加筋壁板在壓縮載荷下屈曲和后屈曲的過程,有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比良好,證明了該方法的有效性。

本文討論由0°、90°、±45°及由0°、90°、±60°組成的兩種平衡層板,在平面應(yīng)力狀態(tài)下的單向強(qiáng)度的估算分析,給出了層板中鋪層首次出現(xiàn)破壞和層板最終破壞的平均應(yīng)力估算公式,并給出有關(guān)曲線,以供復(fù)合材料產(chǎn)品強(qiáng)度分析及最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)用。

復(fù)合材料層合板下陷是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛的典型結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。以下陷長(zhǎng)深比、相同方向下陷區(qū)間距、兩個(gè)不同方向下陷區(qū)間距為下陷區(qū)設(shè)計(jì)變量,建立參數(shù)化有限元模型；通過下陷應(yīng)力應(yīng)變分布、初始失效和最終承載能力分析,確定各設(shè)計(jì)變量對(duì)下陷區(qū)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明:下陷區(qū)結(jié)構(gòu)最先發(fā)生損傷的部位為下陷區(qū)轉(zhuǎn)折處；合理的下陷參數(shù)設(shè)計(jì)變量取值為長(zhǎng)深比b/a≥20、主受力方向上兩個(gè)下陷區(qū)間距a/h≥12、不同方向上兩個(gè)下陷區(qū)間距c/a_(min)≥1.5。

**資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.***

論文開展了受拉伸復(fù)合材料層合板圓形開口四種補(bǔ)強(qiáng)型式的研究.首先,基于hoffman準(zhǔn)則,分析補(bǔ)強(qiáng)型式對(duì)首層失效強(qiáng)度的影響,再通過比較開口周圍最大應(yīng)力和應(yīng)變的降低程度,分析圓缺、環(huán)形、橢圓缺和矩形缺四種補(bǔ)強(qiáng)型式的補(bǔ)強(qiáng)效率.通過有限元參數(shù)化建模,分析了幾何尺寸對(duì)補(bǔ)強(qiáng)效率的影響,給出了不同補(bǔ)強(qiáng)型式適合的補(bǔ)強(qiáng)范圍.研究表明通過合理地設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)型式可以有效地降低應(yīng)力集中,提高拉伸破壞強(qiáng)度.分析結(jié)果可以為復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)在相似形狀和載荷條件下的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)提供參考.

復(fù)合材料在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷作用下的損傷形式是十分復(fù)雜的,精確的模型能更深刻地揭示復(fù)合材料的損傷機(jī)理。以hahn和tsai提出的單向損傷模型為基礎(chǔ)建立了剛度遞降關(guān)系,運(yùn)用上述剛度遞降關(guān)系給出了一個(gè)疲勞壽命算例,計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合,相對(duì)誤差分別為7.72%和8.79%。結(jié)果表明:材料在循環(huán)加載作用下的損傷過程大體上可以分為兩個(gè)階段;通過保留泰勒級(jí)數(shù)展開二次項(xiàng),能準(zhǔn)確模擬出材料的"突然死亡"行為。

針對(duì)孔口縫合補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合材料層合板,通過有限元軟件建立了含孔口縫合補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合材料的漸進(jìn)損傷模型。利用該模型預(yù)測(cè)了不同縫合參數(shù)情況下的破壞載荷,數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)吻合較好,證明了模型的有效性。在拉伸載荷情況下,模擬不同縫合參數(shù)下不同鋪層的孔邊損傷情況,發(fā)現(xiàn)不同縫合參數(shù)對(duì)層合板纖維損傷的影響與鋪層角度密切相關(guān)。結(jié)果顯示縫合補(bǔ)強(qiáng)后,層合板的損傷過程有明顯的推遲,特別是雙縫合情形下推遲的程度尤為顯著。

基于厚板理論和材料的參數(shù)退化準(zhǔn)則,以三維hashin準(zhǔn)則作為失效判據(jù),研究了一種考慮z向應(yīng)力復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)失效計(jì)算方法,發(fā)展了復(fù)合材料中厚尺度含孔層壓板漸進(jìn)失效模型。使用abaqus軟件的用戶材料子程序umat,編寫材料屬性程序,建立含孔復(fù)合材料厚板的漸進(jìn)失效分析模型,較好地預(yù)測(cè)了復(fù)合材料層壓板的損傷擴(kuò)展過程,并預(yù)測(cè)的極限強(qiáng)度與復(fù)合材料層壓板開孔拉伸標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,驗(yàn)證了該模型在預(yù)測(cè)復(fù)合材料層壓板極限強(qiáng)度上的有效性,該模型在對(duì)網(wǎng)格劃分的簡(jiǎn)化極大地提高了計(jì)算效率。

以某型發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)合材料外涵機(jī)匣為模型,用ls-dyna對(duì)平板葉片沖擊碳纖維復(fù)合材料模型機(jī)匣進(jìn)行了數(shù)值模擬。應(yīng)用在ls-dyna中的復(fù)合材料建模方法,分析了模擬沖擊條件下的穿透閾值和復(fù)合材料的吸能特性,鋪層角度、順序?qū)_擊過程的影響,以及在相同沖擊速度下沖擊角度對(duì)沖擊過程的影響。最終得到平板葉片沖擊復(fù)合材料機(jī)匣的模擬結(jié)果。

分別用ansys軟件的實(shí)體單元solid-46,基于一階理論的殼單元shell-99和基于整體-局部高階理論有限元計(jì)算了復(fù)合材料層合/夾層板結(jié)構(gòu),包括層合板孔邊應(yīng)力集中和層合板熱響應(yīng)的算例,比較了各算法的精度。計(jì)算結(jié)果表明:ansys軟件不能準(zhǔn)確計(jì)算層合板/夾層板的層間應(yīng)力,對(duì)孔邊應(yīng)力和熱響應(yīng)問題精度較低,整體-局部高階理論有限元對(duì)于上述問題的計(jì)算具有較高精度。

結(jié)合復(fù)合材料修正后的h-r混合變分原理,直接借助應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,推導(dǎo)了新的應(yīng)力模式,建立了復(fù)合材料層合板的雜交等參有限元列式。利用mathematica語言編程進(jìn)行數(shù)值實(shí)例分析,其計(jì)算結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)的精確解以及abaqus軟件建模分析結(jié)果對(duì)比,實(shí)例證明該方法所得到的各個(gè)靜力學(xué)量更接近精確解,并且可用較少的網(wǎng)格劃分得到較精確的解。

本文主要通過對(duì)單搭接螺栓連接的二維機(jī)織物增強(qiáng)層合板拉伸實(shí)驗(yàn)的分析,討論了螺栓連接的物理參數(shù)、織物組織結(jié)構(gòu)等因素對(duì)層合板強(qiáng)度、斷裂方式等方面的影響

以玄武巖纖維、玻璃纖維為增強(qiáng)纖維,丙綸為基體纖維,采用包纏技術(shù)制備復(fù)合線,織造不同纖維混雜比例的平紋預(yù)制件及三維預(yù)制件,直接熱壓成型制備纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,研究纖維混雜比例及預(yù)制件結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響。結(jié)果表明:隨著玻璃纖維體積含量的增加,平紋組織復(fù)合材料的緯向抗拉強(qiáng)度先增大后減小,斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小,彈性模量逐漸增大,當(dāng)玻纖含量在51%~59%之間時(shí),復(fù)合材料力學(xué)性能相對(duì)最好;三維預(yù)制件復(fù)合材料中,4層角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能較4層準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)好,較4層正交結(jié)構(gòu)差,多層預(yù)制件復(fù)合的復(fù)合材料,其力學(xué)性能好于相同層數(shù)的三維預(yù)制件復(fù)合材料。