复合材料层合板双面贴补结构渐进损伤分析

提出了一种分析和预测在拉伸载荷作用下复合材料层合板双面贴补结构的极限承载能力的方法,建立了分析复合材料双面贴补结构渐进损伤的三维有限元模型.胶层用各向同性模型描述,提出了基于3个方向剪切应变描述的二次剪切失效判据来预测胶层的损伤起始,定义了与材料应力应变相关的刚度折减函数来模拟损伤后胶层刚度的连续退化.层合板用正交各向异性三维模型描述,采用基于应变描述的三维Hashin准则和Ye分层准则来预测其损伤起始,引入损伤变量来考虑层合板的损伤扩展.计算结果与试验数据吻合较好,说明该方法和模型可以有效地预测复合材料双面贴补结构的拉伸极限强度.     

点蚀损伤船体板格单轴压缩极限强度

为了能够简单准确地计算服役期内点蚀损伤船体板格的极限强度,选择腐蚀体积为点蚀损伤板的主要评估参数,结合实际船体板格的腐蚀损伤特点,采用有限元数值计算方法,分析点蚀坑形状、有限元单元类型、蚀坑分布和蚀坑深度对板极限强度的影响,以及板的初始柔度、初始变形、长宽比和板边缘线性载荷因子对板极限强度折减因子的影响,并利用回归分析方法,建立了基于腐蚀体积的点蚀损伤船体板格极限强度折减因子的计算公式.结果表明,整套公式的计算结果与有限元计算结果的相对误差仅有极少量在5%,~6%,之间,绝大部分在5%,以内,可用于服役期内点蚀损伤船体板格的安全评估.     

船体总纵极限强度的可靠性计算

进行船体总纵极限强度的可靠性计算包括４个方面：①失效模式;②总纵极限强度;③外载荷;④可靠性分析方法．采用基于条件期望技术和对偶变数技术的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法对船体进行总纵极限强度可靠性计算．实例计算表明了该方法的有效性和合理性     

基于第二水平法的受损船体梁纵向强度可靠性分析

基于可靠性原理,假设一条实船发生碰撞和搁浅损伤,采用第二水平法对船体梁纵向强度的可靠性进行了分析.当原始变量呈非正态分布时,根据Rackwitz-Fiessler法对变量进行了等效处理,基于增量-叠代法求解损伤船体极限强度,并运用Rosenbluthe法求解损伤船舶极限强度的统计特征.实船计算结果表明方法是实际可行的.     

含分层损伤复合材料圆柱壳非线性动力响应

基于一阶剪切变形理论,由Hamilton原理推导出包含横向剪切变形以及初始几何缺陷的圆柱壳非线性动力方程.复合材料圆柱壳上的初始几何变形以初始几何缺陷的方式描述并引入方程,针对破坏子层进行刚度折减,并求得脱层损伤的等效刚度矩阵.采用半解析法求解方程,其中位移及载荷沿周向级数展开,由Galerkin方法得到微分方程组,通过有限差分法求解;分析初始几何变形、伴随脱层及子层破坏等损伤形式对复合材料圆柱壳非线性动力响应的综合影响.     

碳纤维增强树脂开孔层合板轴向拉伸失效模拟分析

基于ABAQUS平台,建立了开孔复合材料层合板轴向拉伸渐进失效模型.以二维Hashin作为损伤准则,考虑了基体拉伸、压缩失效和纤维拉伸、压缩失效模式.讨论了层合板的受力与失效形式,分析了铺层角度、中心孔尺寸对极限载荷的影响.研究结果表明:失效模式主要表现为纤维拉伸失效和基体拉伸失效,纤维作为复合材料板的主要强度来源,在力与纤维方向发生偏差时,层合板力学性能急速下降;中心孔越大,层合板力学性能越差,并且层合板力学性能与中心孔尺寸成线性关系.     

基于双线性损伤本构的复合材料修理后强度数值分析方法

针对胶接挖补修理后复合材料结构的强度分析,建立了同时考虑复合材料和胶层损伤状态的三维有限元分析模型。采用混合型损伤内聚力模型模拟胶层的脱黏失效行为。建立基于损伤力学的复合材料三维双线性本构关系,量化损伤程度;并编写为有限元软件ABAQUS的材料子程序VUMAT。通过数值计算对结构强度和损伤过程进行预测。分析实例的计算结果与试验吻合得较好,验证了分析方法的有效性。     

复合材料层板损伤失效分析

基于连续损伤理论,利用多标量损伤模型,考虑单层板失效前由微裂纹损伤所造成的刚度下降,将Hoffman准则作为复合材料单层板在复杂应力状态下的极限损伤条件,应用该准则对含圆孔复合材料层合板在单向拉伸载荷下的损伤破坏过程进行了数值分析,并与常规(无损伤)失效准则的结果进行了比较.计算表明:损伤引起单层刚度下降,使应力重新分布,加速应力向未损伤层和周围单元转移,从而使应力集中得到缓解,层板的单层破坏载荷明显提高,从而提高层板的极限载荷,提高程度受铺层方式的影响.可见,由损伤引起的刚度下降应在层板失效分析中加以考虑.     

考虑剪切非线性的复合材料渐进损伤模型

针对具有明显剪切非线性的复合材料,提出了一种考虑剪切非线性影响、能够分析和预测复合材料层合板极限承载能力的损伤模型.采用Ramberg-Osgood方程描述层合板剪切非线性的应力与应变本构关系,基于连续介质损伤理论建立了分析复合材料结构渐进损伤的三维有限元模型,采用已有的应变描述的三维Hashin失效准则和Ye-分层失效准则预测其损伤起始,引入损伤状态变量来分析层合板的损伤扩展,通过UMAT子程序实现了损伤模型的模拟,并运用黏性正则化方法确保计算收敛.同时,将模型运用于AS4/PEEK复合材料开孔层合板渐进损伤实验的模拟分析.结果表明,模拟计算结果与实验结果较吻合,对比已有模型的预测结果,所提出的方法具有更高的准确性.     

玻璃纤维复合材料构件抗压性能研究

玻璃纤维复合材料已被广泛应用于输电杆塔结构,但决定其性能和质量的因素复杂,目前缺乏相关结构性能的研究,给玻璃纤维复合材料的工程应用带来一定的影响。本文通过玻璃纤维复合材料与钢套管组合构件的轴心抗压试验,研究了玻璃纤维复合材料构件轴心抗压力学性能和破坏模式;基于正交各向异性材料强度理论,采用有限元方法分析了偏心率和径厚比对玻璃纤维复合材料构件的影响。结果表明:轴压破坏时,玻璃纤维复合材料构件发生脆性断裂,破坏形式为GFRP管节点处斜向断裂,其最大应力小于材料的抗压强度,在工程设计中应考虑折减;钢套管始终处于弹性应力状态。偏心受压时,构件的极限承载力随偏心率的增大而减小,减小幅度逐渐降低;减小径厚比能提高构件极限承载力,径厚比减小20%,极限承载力增大20%。     

雷击作用下复合材料层合板的烧蚀损伤表征及剩余强度影响因素分析

为表征复合材料雷击烧蚀损伤,基于唯象分析方法,建立了雷击烧蚀损伤引起的材料力学性能退化模型. 采用连续损伤力学(CDM)方法提出了复合材料雷电烧蚀损伤的三维渐进损伤退化模型,采用Hashin和Yeh分层失效准则,验证了失效点的发生情景. 根据所建立的模型和刚度矩阵渐进损伤退化模型的编码,利用ABAQUS软件并结合UMAT子程序预测了拉伸载荷下雷电烧蚀损伤复合材料层合板的残余强度,最终的仿真精度验证了该模型的有效性.     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

破片侵彻含内衬碳纤维复合材料圆筒损伤机理

为研究含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的损伤机理,基于LS-DYNA有限元仿真软件,采用Chang-Chang损伤准则和Cohesive界面单元,建立了考虑分层损伤的含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的数值仿真模型。通过仿真计算破片对碳纤维复合材料圆筒的动态侵彻过程,得到了碳纤维层和金属内衬层的应力云图和损伤结果,研究了含内衬复合材料圆筒在破片侵彻作用下的损伤机理、吸能特性和破片初始速度对复合材料圆筒损伤模式的影响。研究结果表明：含内衬复合材料圆筒的损伤状态包括纤维断裂、层间分层、内衬凹陷、内衬破孔和复合材料层与内衬层分离。当破片速度为300 mm/s时,复合材料层的层间分层损伤程度处于较低状态,内衬层凹陷程度最大并形成破孔,复合材料层和内衬层的分离程度最大,内衬层的吸能比达到最大;当破片速度小于300 mm/s时,破片未完全穿透圆筒,复合材料层和内衬层的损伤程度较低,复合材料吸能比大于内衬层吸能比;当破片速度大于300 mm/s时,复合材料层的损伤模式为剪切冲塞,层间分层面积逐渐增大,内衬层凹陷程度逐渐降低,分离程度逐渐降低,内衬层吸能比降低并稳定在0.53左右。     

竹木组合工字梁的静载试验研究

以竹集成材为翼缘、欧松板为腹板设计竹木组合工字梁,对10根不同结构的工字形截面竹木组合梁进行了4点弯曲静载试验。研究剪跨比及加劲肋等参数对组合梁破坏形态、强度和延性等影响。结果表明:腹板和翼缘具有很好的协同效果,组合梁的破坏始于侧向失稳,主要破坏形态表现为翼缘内欧松板层裂及腹板被剪坏。组合梁的极限承载力随着剪跨比的增大呈下降趋势; 竹加劲肋能显著提高工字梁的极限承载力,提高幅度最大为15.7%,对极限位移最大增加幅度约为10.13%。     

基于接触算法的复合材料层板脱层损伤分析

针对长纤维增强树脂基复合材料层合板的脱层损伤破坏,提出了基于接触算法的脱层预测模型.在潜在产生脱层区域模拟为粘结接触,并将脱层模型作为界面的接触行为,引入一个损伤变量来表征在达到宏观裂纹之前的微裂纹和微缺陷区域面积,从而获得产生损伤时界面的有效刚度.通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义了损伤发展过程中的损伤面,分析了脱层产生和扩展的整个过程.并将该模型通过ABAQUS/Explicit的用户子程序VUINTER实现.对控制双悬臂梁张开位移率方式下裂纹扩展的数值仿真结果与实验结果进行了比较,取得了满意的结果,验证了该模型的正确性.     

考虑残余应力的船舶强度校核分析方法

船舶进行结构设计时,通常是按照外载荷计算结构强度,并按照规范许用应力校核结构的安全性,并未考虑船舶各个构件在加工成形、焊接、装配等过程中产生的残余应力的影响.为此,对一艘VLCC油船在常见工况下加入大小不同残余应力的强度校核方法进行研究,得到各主要构件应力分布受残余应力影响的规律.结果表明,有必要在船体强度校核中考虑工...     

基于钢筋低周疲劳的桥墩地震易损性分析

基于Coffin-Manson钢筋疲劳损伤模型,采用非线性纤维梁柱单元,对纵筋采用HRB335和HRB500E的圆柱形桥墩拟静力试验进行数值模拟,研究拟静力作用下低周疲劳对钢筋和构件承载力退化的影响.为了进一步研究钢筋低周疲劳对试件累积损伤的影响,将Takemura和Kunnath提出的两组不同加载模式下的拟静力试验进行数值模拟.结果表明:基于Coffin-Manson模型,采用纤维单元,在材料层面上考虑钢筋的低周疲劳,可以较好地模拟试件在不同加载模式下的累积损伤和承载力退化.     

复合材料加筋单元初始分层损伤参数影响分析

复合材料加筋结构在制造过程中往往会存在不同形式的初始分层损伤,这些初始分层损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。本文采用两种本构关系的粘接元模拟粘接良好界面和分层界面胶膜。并对含不同损伤面积、不同损伤形状、不同损伤位置的加筋单元进行了面外拉伸分析,得到了剩余强度与损伤参数之间的关系。对于复合材料的损伤与失效,本文采用了Cuntze失效准则及Puck刚度退化模型,较好的模拟了复合材料失效及刚度退化过程。模拟结果和试验结果吻合较好,证明了本文中算法的有效性。     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．