Study on failure process of delaminated stiffened composite plates under compression

Failure behavior of the delaminated stiffened composite plates under compression is studied by the finite element method, based on a Global-Local variational model. A virtual crack closure technique and a self-adaptive grid moving scheme are proposed to predict the delamination growth process. The contact effect along the delamination front is considered. The numerical results show that the influences of the distribution and location of the stiffeners, the configuration and size of the delamination, the boundary condition and the contact upon the failure behavior of the plates are significant. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (59975014)     

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．     

基于Zig-Zag变形假定的复合材料夹层板的自由振动

针对复合材料夹层板的实际变形特征，基于Zig-Zag变形假定和Mindlin一阶剪切理论，建立了复合材料夹层板自由振动的有限元模型，在该模型中分别对上、下面板和芯体建立了三个独立坐标系，使三部分的转角独立，为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型；在此基础上推导了相应的刚度阵和质量阵，并采用子空间迭代法求解。夹层板的固有频率。通过典型考题证明了本模型的有效性。文中最后还通过参数讨论，研究了具有不同长厚比的复合材料夹层板基频的变化规律。     

基于累积失效法的含损伤格栅加筋板非线性屈曲状态分析

分别采用基于Mindlin一阶剪切理论八节点层合板单元和三节点层合梁单元来模拟蒙皮和肋骨,用累积失效法研究了在压缩载荷作用下蒙皮内含分层损伤复合材料正交格栅加筋板的非线性屈曲性态,分析中考虑了加载过程中蒙皮和肋骨纤维断裂、基体损伤和纤维-基体剪切失效造成的刚度退化,并采用了非线性接触单元模型处理蒙皮分层上下子板间的接触效应。通过典型算例,讨论了蒙皮铺设方式、蒙皮分层的面积和深度、肋骨与蒙皮的刚度比,累积失效行为等因素对格栅加筋板非线性屈曲性态的影响。     

计算曲面壳体等效节点热载荷的新方法

提出了一种利用平面壳单元计算曲面壳体热应力问题等效节点热载荷的新方法, 具有较高的计算精度. 首先在平面壳元的理论基础上, 在壳单元切平面建立局部坐标系; 然后根据提出的理论, 利用单元节点整体坐标直接计算壳单元等效节点热载荷积分方程中所需的未知量, 如: 形函数对局部坐标的导数、从对局部坐标积分转换到自然坐标积分时的雅可比行列式等; 最后, 根据提出的算法求出从局部坐标转换到整体坐标的转换矩阵, 进而求出整体坐标系下壳单元等效节点热载荷. 通过与商用软件ANSYS 的计算结果进行对比分析, 证明提出的方法是正确而且精确的.      

Numerical analysis of delamination growth for stiffened composite laminated plates

A study of postbuckling and delamination propagation behavior in delaminated stiffened composite plates was presented. A methodology was proposed for simulating the multi-failure responses, such as initial and postbuckling, delamination onset and propagation, etc. A finite element analysis was conducted on the basis of the Mindlin first order shear effect theory and the von-K6rm~n nonlinear deformation assumption. The total energy release rate used as the criteria of delamination growth was estimated with virtual crack closure technique (VCCT). A self-adaptive grid moving technology was adopted to model the delamination growth process. Moreover, the contact effect along delamination front was also considered during the numerical simulation process. By some numerical examples, the influence of distribution and location of stiffener, configuration and size of the delamination, boundary condition and contact effect upon the delamination growth behavior of the stiffened composite plates were investigated. The method and numerical conclusion provided should be of great value to engineers dealing with composite structures.     

剪切增稠液改性软织物的单纱拉出测试研究

剪切增稠液浸渍柔性织物是防弹织物进行表面改性的潜在方法,利用剪切增稠液剪切率与粘度的极端非线性关系可显著提高纱线拔出力与拔出能量,从而增加柔性织物的抗冲击性能。本文以SiO_2为分散相、乙二醇为分散剂配置剪切增稠液,来浸渍Kevlar49平纹织物进行表面改性。对坯布与浸渍布进行纱线拔出测试,其载荷-位移曲线呈现相似趋势,均分为静摩擦与动摩擦两个阶段;与坯布的极限拔出载荷出现在静摩擦阶段不同,浸渍布的极限拔出载荷出现在动摩擦阶段,且明显大于坯布。另外,浸渍布的纱线拔出能量和面内剪切变形均有明显的提升,且与剪切增稠液的质量分数和纱线拉拔速率相关。     

含初始缺陷复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计

针对复合材料格栅加筋圆柱壳具有多约束、连续变量和非连续变量混合的特性,基于复合材料中厚圆柱壳体的非线性稳定性理论,考虑优化目标和约束鲁棒性,采用混合遗传算法,提出了一种非完善复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计方法.应用正交设计理论确定主要的鲁棒优化设计变量,简化了运算过程,从而提高了优化分析效率;同时又采用五点差分格式代替梯度运算,解决了在优化计算过程中不可求导的问题.通过典型算例表明,鲁棒优化设计所得到的优化分析结果与传统确定性优化方法相比差别较大,此外壳体的初始缺陷亦将对优化结果产生很大的影响.     

织物顶出测试中纱线应力传递模型的拉曼研究

弹头侵彻织物过程中的载荷传递是冲击能量耗散的重要途径,有必要从细观尺度上研究纱线上的应力传递行为。本文使用微拉曼光谱法测量了织物离面顶出测试中的纱线应力分布,建立了相应的纱线应力传递模型。针对周边固支的Kevlar 49芳纶纤维平纹织物受中心加载实验,拉曼测试显示出织物存在十字形的高应力分布,主纱是载荷传递的主要路径,辅纱是传递主纱载荷的次要路径,理论模型预测的纱线应力分布符合实验测量趋势。上述工作有利于进一步探讨柔性防弹织物的能量吸收机制。     

低速冲击后含损复合材料夹层板剩余强度研究进展

综述了受低速冲击后复合材料夹层板的损伤性态研究进展,重点介绍了倍受复合材料工程结构设计师所关注的受损复合材料夹层板的剩余拉/压强度.主要内容为:(1) 复合材料夹层板损伤特征;(2)剩余拉伸强度;(3)剩余压缩强度;(4)相关问题的讨论与研究展望.