不同铺层厚度复合材料的低速冲击特性与损伤模式研究

复合材料凭借其轻质、高强的特性逐渐在工程材料界占据重要地位,对于复合材料的冲击损伤的研究也一直吸引着诸多研究学者的关注.为表征不同铺层厚度复合材料层合板的抗冲击性能,利用自由落体冲击设备,进行了复合材料层合板的冲击实验研究.给出了不同冲击能量下的损伤模式,并利用位移、速度、接触力以及能量的时间变化曲线,深入分析了侵入和穿透两种损伤模式的特点.研究发现,随着铺层厚度的增加,复合材料在冲击过程中吸收的能量也随之增加.引入能量平衡法,基于体系的能量守恒定律,利用Newton-Raphson数值方法求解了侵入损伤模式下的接触力大小,通过实验结果给定挠度求解了对应的速率变化情况,并将理论结果与实验结果进行比较.     

不同铺层厚度复合材料的低速冲击特性与损伤模式研究

复合材料凭借其轻质、高强的特性逐渐在工程材料界占据重要地位,对于复合材料的冲击损伤的研究也一直吸引着诸多研究学者的关注．为表征不同铺层厚度复合材料层合板的抗冲击性能,利用自由落体冲击设备,进行了复合材料层合板的冲击实验研究．给出了不同冲击能量下的损伤模式,并利用位移、速度、接触力以及能量的时间变化曲线,深入分析了侵入和穿透两种损伤模式的特点．研究发现,随着铺层厚度的增加,复合材料在冲击过程中吸收的能量也随之增加．引入能量平衡法,基于体系的能量守恒定律,利用Newton-Raphson数值方法求解了侵入损伤模式下的接触力大小,通过实验结果给定挠度求解了对应的速率变化情况,并将理论结果与实验结果进行比较．     

复合材料层合板低速冲击后压缩的损伤累积模型

为了分析复合材料层合板低速冲击后的压缩性能,首先用三维动态有限元素法对两种层合板进行了低速冲击损伤模拟计算,以此作为冲击后压缩（CAI）层合板的初始损伤,然后用三维静态有限元对含损伤的层合板进行压缩破坏模拟和剩余强度计算,从而实现了层合板从冲击损伤到压缩破坏损伤全过程的模拟．结果表明,损伤投影面积和CAI强度的计算值与试验结果有较好的一致性．     

含分层损伤复合材料加筋层合板的分层扩展研究

建立了复合材料加筋结构的后屈曲和分层损伤扩展行为的数值模拟方法．基于Mindlin一阶剪切理论和von-Karman大挠度理论的层合板和层合梁单元，提出了含分层损伤复合材料加筋层合板分层扩展行为的有限元分析方法；利用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率，并采用总能量释放率准则分层扩展判据，结合自适应网格移动技术，对在压缩载荷作用下的具有不同加筋形式，不同初始分层面积和形状的加筋板结构分层扩展行为进行了数值模拟研究，在分析中还考虑了加筋刚度、位置和分布，分层形状和大小、边界支撑强弱和分层前缘的接触效应对结构分层扩展行为的影响．本所提出的研究方法对工程界关于复合材料结构的设计具有重要意义．     

考虑横向剪切变形时通过层合复合材料圆柱壳的声音传输分析模型

由于复合材料结构具有较高的强度一重量比，经常在航空航天工业中广泛使用。在空中声音传输意义上研究声音的传输损耗，通过一个无限层合复合材料圆柱壳体向航行器内部传输。壳体浸泡在外部流体介质中，内部也包含有流体，气流在外部流体介质中以常速流动。根据层合复合材料壳体的一阶剪切变形理论（FSDT），同时求得其精确解和声波方程。求得其传输损耗的数值解并与其它作者的结果进行了比较。在一定数值范围内，研究了结构特性和飞行状态，特别是Mach数、层合的次序及其偏斜角度，对传输损耗值的影响。此外，使用经典薄壳理论（CST）和一阶剪切变形理论（FSDT），比较了层合各向同性复合材料圆柱壳的传输损耗。     

碳纤维-不锈钢层板热载条件下冲击动态响应及层间损伤仿真研究

为了研究碳纤维不锈钢层板的冲击动态响应以及热载荷条件下的冲击性能,采用ABAQUS/Explicit,编写基于复合材料渐进损伤用户子程序VUMAT;引入Johnson-Cook模型,仿真计算了碳纤维增强环氧树脂基复合材料-SS304不锈钢层板热载条件下冲击动态响应过程;分析了其冲击动态响应及渐进损伤,着重讨论了热载荷条件对碳纤维金属层板的冲击能量吸收、接触力等抗冲击性能及失效模式的影响.结果显示,高速冲击载荷作用下,纤维层的脆性断裂、金属层的塑性变形以及纤维层与金属层之间的脱层是碳纤维不锈钢层板的主要失效形式.热载荷的存在直接影响了冲头的接触力,随环境温度升高,接触力总体上降低,子弹的速度衰减越慢,剩余速度增大.结果表明,热载荷降低了纤维金属板的冲击动能吸收特性,弱化了碳纤维金属板的抗冲击性能.无论是纤维金属层板的整体破坏,还是纤维失效、基体失效和脱层失效,热载荷都产生了重要影响.     

具损伤压电智能层合板的非线性主动控制和损伤监测

基于Hamilton原理、高阶剪切变形板理论、von Krmn型几何非线性应变-位移关系以及应变能等效原理,考虑压电层的质量和刚度及复合材料层内的损伤效应,建立了具损伤压电智能层合板的非线性运动方程．采用耦合正、逆压电效应的负速度反馈控制原理,形成闭环控制回路,实现了对压电智能层合板的主动控制和损伤监测．数值计算中,以四边简支面内不可动的层合矩形板为例,讨论了压电层位置对振动控制的影响,以及损伤程度和损伤位置对传感层输出电压的影响,提出一种损伤监测的方法．     

新型轻质复合材料夹芯结构振动阻尼性能研究进展

作为新一代先进轻质超强韧结构材料,复合材料格栅和点阵夹芯结构受到了国内外学者的广泛关注.目前关于该类结构材料的设计制备以及相关力学性能研究已取得了大量的研究成果.然而对该类结构振动阻尼性能的研究则处于起步阶段.该文综述了纤维增强树脂基复合材料简单层合结构以及各类夹芯结构振动阻尼性能的研究现状.首先阐述其阻尼机理, 然后分别概述了复合材料简单层合板的微观和宏观阻尼模型、复合材料粘弹性阻尼夹层结构和新型夹层结构的阻尼预报工作,最后总结归纳现有关于该类结构阻尼特性研究工作中已取得的成果和不足之处,并对其未来发展进行了展望.     

目视损伤检验影响因素的灰色关联分析

为了更好的研究复合材料目视损伤检验问题,选取新型灰色接近关联模型,并将原模型的适用范围从等间距序列进一步拓展到非等间距序列,之后根据有限的目视损伤检验试验数据信息,利用拓展新型灰色接近关联模型对不同影响因素下的关联度大小进行排序,识别对检验结果影响较大的关键因素,再根据优势分析,对低速冲击后的飞行器复合材料结构目视损伤检验工作提供合理建议,得出室内检验比室外检验更容易发现目视冲击损伤,白色和绿色试验件比黑色试验件更容易发现目视冲击损伤,但是检验角度对发现目视冲击损伤没有太大影响的结论.     

层状复合材料结构边缘效应数值分析

为进一步探讨层状复合材料结构边缘效应,我们引用了数值-摄动法,它是基于合成展开和改进的最小二乘加权余量法之耦合.为突出边缘效应,我们着重讨论“边界层”区内的解即所谓内部解.作为例子讨论了两层和四层对称铺设层合结构.