复合材料单层板损伤分析

研究了复合材料单层板在远场均匀拉应力作用下，基体中微裂纹损伤，利用Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹应力强度因子，分析了沿裂纹面的拉伸型损伤变量和剪切型损伤变量，应用能量释放率的概念建立了损伤条件下的应力应变关系，并给出了正交各向异性单向层板在损伤条件下的有效偏轴柔度系数计算公式。通过算例分析可知，由于复合材料单层板中微裂纹的存在，有效偏轴柔度系数S‘11和S‘61增大，而S‘21减小。     

关于受冲击编织复合板的一个例子(实验特征及模型)

本文对厚编织复合材料板由硬的钢圆柱弹丸穿孔问题进行了研究．实验研究表明连续穿孔时在侵彻弹丸附近发生材料的横向剪切以及面内中间层分层的传播，而面内中间层分层的传播将导致纤维的拉伸断裂?由于冲击加载并不是瞬时的，这导致了横向剪切．在接近穿孔极限速度的入射速度(V50)范围内，这一机制依赖于复合材料板的厚度和中间层剪切强度．中间层分层的传播则由弹丸与靶接触时引起的弯曲波所致．由弯曲波所致的面内分层传播这一现象分别引起了面内圆形损伤和沿厚度内的锥形损伤．同时分层传播由弯曲波速所控制，其依赖于纤维的弹性特征、编织层的失效时间(其直接由编织层的弯曲刚度决定)及材料一些特定的失效参数．另外由于增加了拉伸破坏吸收的能量，分层传播还改进了材料的冲击强度．本文提出了一个分析模型来确定分层区域和靶的穿孔极限速度．采用这一模型对穿孔极限速度的计算结果表明其与实验值符合良好．     

复合材料层合板的奇异应力场分析

本文根据特征值与特征函数展开理论,用极其简单的矩阵形式,对纤维增强复合材料层合板中各种断裂模型的界面裂纹奇异性问题进行了一系列的理论推导。计算了各种情况下的应力奇异性值,提出了具有一般奇异性的扇形奇异裂纹单元。最后,分析了复合材料中的边界层效应、层面离层、层板横裂等情况的奇异应力场。计算结果表明,本文的方法是行之有效的。     

梁在纯弯曲作用下的脆性断裂

脆性梁在纯弯曲断裂时会产生多个碎片, 其断裂过程直接影响弯曲波的产生和传播, 以及产生碎片的平均尺度. 采用内聚力断裂模型对脆性梁的弯曲断裂过程进行有限元数值模拟, 再现了断裂中的裂纹扩展过程, 分析了脆性梁断裂后断裂面弯矩与裂纹张开角之间的规律. 数值结果表明: (1)在一个广泛的材料参数和加载应变率条件下, 断裂面弯矩与裂纹张开角之间均呈相似的单调衰减规律; (2)断裂过程中弯矩做功与断裂面的表面能一致; (3)在纯弯矩作用下, 裂纹前端总是存在压应力区域, 使得断裂末期应力状态较为复杂, 断裂不再是纯弯曲状态.     

陶粒混凝土冲击损伤演化的三维数值模拟

为了研究陶粒混凝土在冲击载荷下的损伤演化规律, 利用蒙特卡洛随机数和背景网格建模方法, 建立了陶粒混凝土的三维数值模型, 模拟了冲击载荷下陶粒混凝土的损伤演化过程. 研究表明: 冲击载荷下陶粒混凝土的细观损伤演化速度随着陶粒体积分数的增加和加载脉冲的增加而增加. 细观数值模拟还显示了陶粒混凝土的破坏过程, 即损伤演化从陶粒骨料开始, 之后向砂浆基体延伸扩展.     

松弛时间对高聚物复合材料界面强度的影响

本文探究了基体松弛时间与颗粒填充高聚物复合材料强度的关系.通过选取球形胞体作为代表体积单元(RVE)进行研究,分析了颗粒界面开裂所需要的能量.进一步研究了以刚性球形颗粒填充复合材料的界面开裂机理,并通过施加位移载荷来引入松弛时间,探究了基体松弛时间对界面脱粘强度的影响变化规律.同时,选取不同参数讨论了颗粒尺寸、粒子体积分数、基体模量和泊松比等参量对界面强度的影响.研究结果表明:当高聚物基体材料为Maxwell模型粘弹性材料、夹杂为球形刚体材料时,松弛时间越长,基体粘性越小,界面强度越高.     

预应力CFRP筋弯曲极限承载力理论与试验研究

为了得到碳纤维复合材料(Carbon Fiber-reinforced Polymer, CFRP)筋弯曲状态下的极限承载力, 开展了不同直径的CFRP筋在不同弯曲半径下抗拉极限承载力研究. 首先, 根据前人的理论公式, 分析CFRP筋直径和弯曲半径对弯曲抗拉强度的影响, 在此基础上建立CFRP筋在弯曲状态下极限承载力的理论计算模型; 其次, 利用建立的模型对2种不同直径的CFRP筋在3种不同弯曲半径下的弯曲极限承载力进行测试, 并将测试结果与理论模型计算结果进行对比, 验证理论模型的正确性; 最后, 通过CFRP筋弯曲状态下极限承载力理论计算模型, 对不同直径和弯曲半径的CFRP筋弯曲极限承载力进行预测. 结果表明 在相同弯曲半径下, CFRP筋的弯曲极限强度随其直径的增大而减小; 在相同直径下, CFRP筋的弯曲极限强度随其弯曲半径的增大而增大; 当弯曲半径大于5m时, 直径为10mm和12mm的CFRP筋的张拉效率均超过90％. 本文所建立的理论计算模型的计算结果与试验结果吻合较好, 可用于预测不同弯曲工况下CFRP筋的极限承载力.     

界面强度对复合材料细观力学性能的影响

用 界面元来连接纤维与基体,利用界面元的力学特征来模拟纤维与基体的粘结特性,计算了纤维单向周期排列的多层板在横向载荷作用下的应力分布问题,计算结果表明,中间相力学特征的变化对纤维和基体的应力分布有明显的影响。     

Al/Al2O3P金属基复合材料的静动态压缩性能及损伤分析

用气压浸渗工艺制备了体积分数40％～50％Al2O3颗粒增强纯铝基复合材料，使用了4种不同尺寸的Al2O3颗粒，其平均粒径分别为5μm、10μm、30μm和60μm．测定了这些复合材料的静、动态压缩性能，并通过材料压缩前后密度变化的测量定量表征了材料的累计损伤，结果表明，与基体材料相似，这些复合材料表现出明显的应变率敏感性；当增强颗粒平均粒径小于60μm时，材料的累计损伤基本与应变率无关，而主要取决于材料的应变．材料中颗粒的破裂主要是由颗粒间的相互作用引起的．较小尺寸颗粒增强的复合材料具有较高的流动应力和较小的累计损伤，并随着颗粒体积分数的增加，材料的流动应力和损伤率都相应增加．     

空间轴对称变形界面裂纹尖端的应力奇异性分析

假定位移场,并将位移势函数展开成一系列的特征函数,代入空间轴对称变形的基本方程,推得界面裂纹的特征值理论。把这一理论应用到单向增强的连续纤维复合材料上,建立了纤维断裂、基体开裂等模型下应力奇异性的特征方程,分析了界面裂纹尖端的应力奇异性。     

预应力CFRP板平板锚具承载力评估理论与试验研究

为揭示CFRP板平板锚具的锚固机理, 建立了该锚具的承载力理论模型, 并利用该模型预测CFRP板平板锚具的临界锚固长度. 通过试验获得了模型所需的锚固界面剪应力与压应力的关系式. 该模型研究了锚固区界面剪应力的纵向折减及横向压应力分布的不均匀性, 并通过试验测得了界面剪应力的纵向折减系数. 利用上述模型就平板锚具设计参数对锚固性能的影响进行了分析. 结果表明, 界面剪应力折减率随着锚固长度的增大而增大, 横向压应力分布的不均匀性随着锚固宽度的增大而增大, 增大界面压应力和夹板厚度能有效提高横向压应力分布的均匀度; 临界锚固长度随夹板厚度的增大而减小, 且当夹板达到合适厚度后继续增大, 对临界锚固长度的影响逐渐变小; 随着界面压应力的增大, 界面剪应力增大, 临界锚固长度减小; 对于工程常用CFRP板尺寸100mm×2.0mm, 当界面压应力取100MPa, 平板锚具夹板厚度取32mm时, 所需的临界锚固长度为296mm, 对应的锚具设计承载力为480kN, 理论上能使CFRP板抗拉强度获充分发挥.     

冲击加载下纤维增强水泥的动态损伤和失效特性研究

为了研究纤维增强水泥(FCEM)在冲击加载下的损伤演化特性，我们发展了一种基于压剪联合加载的横向剪切波跟踪技术(SWT)。该技术可以实时跟踪测量试样内部损伤失效行为．初步实验结果表明，FCEM的P—V Hugoniot线具有4个特征点A、B、C、D，分别对应材料的HEL点，剪切强度极限点(损伤至失效转变点)，孔洞崩塌点和密实介质再压缩点，其中孔洞崩塌约产生10％的体积压缩．本文采用三维离散元方法(DM3)对脆性材料中的孔洞崩塌进行了数值模拟，得到较满意的结果．     

爆炸柱壳动态断裂准则的研究

本文以一种典型的FAE装置为实际研究对象，通过对其薄柱壳在内部爆炸载荷下的动态膨胀断裂过程进行数值模拟，推导出一种实用的动态断裂准则；且在推导中引入了一个损伤演化方程．准则表明最终的结构破裂取决于与临界损伤变量密切相关的断裂应变．经算例验证，该准则的理论解和数值结果吻合较好．     

高强度氟化物玻璃光纤的研制

以高纯无水的氟化物为芯玻璃原料,聚全氟乙丙烯塑料(TEFLON-FEP)为皮层,采用新的方法制备了ZrF_4-BaF_2-LaF_3-AlF_3-NaF(ZBLAN)氟化物玻璃光纤预制棒,并拉制出光纤,研究了工艺条件对光纤抗弯曲强度和光纤损耗的影响。研究结果表明,该方法对消除氟化物玻璃光纤中的微晶、气泡等缺陷,改进光纤表面及芯皮层界面状况是非常有效的,可明显地提高氟化物玻璃光纤的抗弯曲强度,降低光纤损耗,所制得的氟化物光纤的抗弯曲强度大于1100 MPa,光纤损耗低于0.25dB/m,该光纤已应用于某短程传输系统中。     

面板剪滞有效宽度的二维弹性理论解答

采用二维应力函数及板梁形变协调条件求得了板梁结构因剪力滞后引起的面板有效宽度,给出了几种典型情况的面板应力及有效宽度弹性理论精确解答的解析表达式及实用计算公式,并分析了荷载、结构型式、梁截面尺寸等对有效宽度的影响。计算结果与原型实测结果吻合良好。本文推荐的实用公式与曲线比以前用近似解答得到的有关结果更加准确合理。计算分析还得到了一个重要结论;简支梁面板纵向正应力沿截面横向变化在满跨均载作用下符合二次抛物线分布,而在跨中集中荷载下却符合三次抛物线分布,这为一些近似方法提供了抛物线次数假定的依据。     

点焊残余应力对汽车门框拉弯回弹稳定性的影响

为提高汽车门框的生产精度, 利用ANSYS有限元模拟软件, 经材料参数的确定、单元类型选择、几何建模等步骤, 分析了点焊热残余应力的形成、门框型材拉弯成型及回弹过程. 通过对比有、无焊点失效时的回弹量得出拉弯过程中应力较大处的焊点失效对回弹稳定性的影响较大, 反之则影响较小等结论, 并据此提出了相应的解决措施. 相关研究对提高汽车门框生产质量有着重要意义