多种损伤T300/QY8911加筋板的频率分析

采用有限元法研究了含多种损伤形式的复合材料加筋板的固有频率。基于麦德林理论,推导了求解含多种损伤复合材料加筋板固有频率的刚度阵和质量阵。引入Hertz型非线性接触单元模型来避免上、下子板间的嵌入现象。在上述模型和理论基础上,采用反迭代法求解特征方程。通过数值算例,研究了包括筋与板脱层损伤、层合板的分层损伤、筋的布置、分层位置、脱层数量对有损伤加筋板固有频率的影响。     

基于内聚单元的复合材料层合板低速冲击损伤的数值模拟

建立了一套有限元模型来预测复合材料正交层合板由低速冲击载荷引起的层间应力及损伤。采用连续壳单元模拟层合板的各个单层,在复合材料层合板的可能损伤区域设置内聚单元模拟面内基体裂纹和层间分层损伤的起始和扩展。引入层间摩擦力模型模拟层间压缩应力对分层损伤的抑制作用。对于正交层合板,有限元模型准确的模拟了低速冲击载荷引起的分层损伤的面积和形状。数值模拟结果也表明面内基体裂纹与层间分层存在着相互作用关系,基体裂纹影响着分层损伤预测的准确性。有限元模拟结果和试验结果的对比表明,基于内聚单元的有限元模型可以用在复合材料正交层合板低速冲击损伤的数值模拟中。     

冲击速度和温度对层合板冲后压剩余强度的影响

为研究冲击速度和温度对层合板冲后压的影响,建立考虑温度影响的渐进损伤模型预测材料的损伤模式,并分析层合板在低速冲击下的损伤机理.首先将模型预测的冲后压位移应力曲线与实验进行对照,进一步分析不同冲击速度对压痕深度、分层区域面积和剩余强度的影响,最后在2.3 m/s冲击速度下分析了不同温度对剩余强度和分层区域面积的影响.     

含分层复合材料层合板剪切稳定性数值模拟研究

对含单一分层的复合材料层合板在纯剪切情况下的稳定性进行了数值模拟研究,分析了分层损伤对于层合板稳定性的影响,并引入内聚力模型(Cohesive Zone Model,CZM),进一步分析了层合板后屈曲过程中的分层扩展行为。通过对不同尺寸的分层损伤的模拟分析,发现层合板的屈曲模式和屈曲临界载荷与分层直径密切相关。随着初始分层损伤区直径的增大,层合板屈曲临界载荷随之减小,且层合板屈曲模式由整体屈曲转变为混合屈曲模式。另外,在初始分层区直径达到一定大小后,层合板在后屈曲过程中会发生分层扩展破坏。     

低速冲击作用下层合板损伤试验研究与数值分析

参照标准试验方法,开展了层合板低速落锤冲击试验,获取了不同冲击能量下凹坑深度等试验数据,并对含冲击损伤层合板进行了剩余压缩强度试验。研究了凹坑深度-冲击能量、剩余压缩强度-凹坑深度的变化关系,并讨论了低速冲击过程中的损伤演变过程和层合板的压缩破坏模式。建立了层合板低速冲击损伤分析模型,分别采用Hashin失效准则和界面单元模拟单层失效与分层损伤,利用有限元分析了层合板低速冲击过程,得到了不同冲击能量下分层损伤面积。结果表明,凹坑深度可以较好地表征层合板抵抗冲击的能力,随着冲击能量的增大,剩余压缩强度随凹坑深度的增加而明显降低。有限元分析得到的分层损伤面积与含损伤层合板超声C扫描结果吻合较好。     

碳纤维复合材料钻孔工艺与分层损伤研究

针对复合材料层合板层间剪切强度低,钻孔过程中轴向力较大,钻入口纤维层和钻出口纤维层处容易出现分层的问题,采用ABAQUS有限元分析软件,基于Hashin失效准则,以及双线性Cohesive损伤模型中的BK失效准则,对CFRP层合板的分层损伤进行模拟,研究钻头转速及进给量对分层损伤的影响。结果表明：钻削时进给量越大、转速越大,轴向力、扭矩和分层因子越大,分层损伤越严重。     

复合材料板分层损伤识别的曲率模态差法

以单侧固支的分层损伤复合材料层合板为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS得到层合板结构振型位移分析数据,针对分层损伤进行了曲率模态分析。分析结果表明,在层板内一个区域存在分层损伤的情况下,其振型与频率的变化非常小,难以用于判断损伤位置,但分层损伤区域的曲率模态差值变化显著,采用曲率模态差法可以对层合板结构分层损伤位置进行准确判定。     

钉头对复合材料单搭接结构破坏模式影响研究

为了研究单搭接螺栓连接结构的承载特性及钉头形式对其影响,进行了单搭接连接件的拉伸试验与数值模拟仿真,试验结果表明:钉头形式对连接结构失效模式影响较大,凸头螺栓连接件的层合板只有挤压破坏,沉头螺栓连接件主要为净截面拉伸破坏;数值分析采用面内失效和层间分层失效的渐进失效方法建立三维模型,计算结果显示凸头螺栓连接件在层合板孔边附近出现了严重的纤维损伤和挤压分层损伤,而沉头螺栓连接件层合板的净截面应变明显偏大导致拉伸破坏,计算结果与试验结果吻合良好。     

开孔对复合材料层合板振动频率影响研究

在复合材料层合板的中心开一个超椭圆形孔,利用Nastran有限元软件分析,计算层合板的前二阶振动频率,研究开孔形状及其转动等设计参数对矩形层合板固有频率的影响。分析结果表明层合板的固有频率受板内开孔设计影响很大,且与边界约束条件有很大的关系。     

层合板低速冲击损伤的数值模拟

为了分析复合材料层合板在冲击载荷作用下,层合板的损伤演化发展情况,结合采用单元失效技术和铺层刚度退化技术建立层合板低速冲击的三维有限元分析模型。在该模型中,当有限元模型中的单元发生某种冲击失效形式时,定义该单元发生部分失效,并将其刚度适当的退化。计算发现冲击背面容易产生基体开裂,并由此导致分层发生,而且靠近冲击背面的界面所产生的分层面积要较靠近冲击正面的界面的分层面积要大;随着冲击能量的增大,分层面积也增大;当冲击能量很高时,铺层内会出现纤维断裂,同时在层合板的边界处也容易出现损伤,计算结果和试验结果吻合。