复合材料层合板在加工固化后期降温速率对残余热应力…

本文采用非线性有限元方法，对材料性质与温度有关的复合材料怪合板在加工固化后期降温过程中的温度速场和热应力场进行了分析，对降温度速率对板中固化残余热应力的影响进行了研究，获得一些对层合板固化成型工艺和固化残余热应力分析模型的选取均有意义的结果。     

复合材料层合板固化过程的数值模拟

在文［１］中作者采用了有限元和有限差分相结合的交替迭代法及Ｅｕｌｅｒ－Ｃａｕｃｈ解偶算法分析了复合材料层合板固化全过程中板内温度场和固化度场。在此基础上，本文进一步根据层合板在固化过程中不同阶段材料物性变化及损伤破坏特征，提出了两种不同破坏准则和后破坏模型，并采用非线性瞬态热弹性问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ半解析法，研究了层合板在固化全过程中的损伤破坏和热应力、变形的变化规律。通过数值模拟和分析，发现层合板在固化过程中，板内热应力出现多峰值和变号特征，这将是导致层合板早期破坏的原因，本文工作将对材料工艺工作者选择固化工艺参数具有参考价值。     

用Hamilton半解析法分析固化降温过程中的层间热应力

推导了增量形式Ｈａｍｉｌｔｏｎ半解析法公式；给出了层合板瞬态热弹性问题的求解过程；对复合材料层合板在固化降温过程中的热应力进行了分析。结果表明，在降温过程中层合板内将会出现较大的应力峰值，这些应力峰值将是导致层合板在固化工艺过程中出现破坏的原因。本文的工作将对固化工艺研究具有参考价值。     

三维粘弹性复合材料层合板固化残余应力研究

应用改进的有限元算法,综合考虑了碳纤维复合材料固化过程中树脂的化学收缩、应力松弛、材料的热收缩,建立了一个基于三维线性粘弹性的积分模型对复合材料层合板热压罐成型工艺过程中产生的残余应力进行了研究。结果表明:本文提出的方法能够完整地模拟树脂的固化过程并计算层合板的固化残余应力;对于文中的正交对称层合板而言,热收缩是影响残余应力大小的主要因素;固化完成后,0°铺层内的中面中心区域层间残余应力值接近于0,边缘区域会迅速增加,容易发生分层破坏;任意点处,轴向应力比其他两个方向的应力高出1~2个数量级;残余应力值沿厚度方向有较大变化;树脂的应力松弛行为会在一定程度上降低残余应力。     

非对称铺层复合材料层合板的双稳态特性半解析研究

非对称铺层的复合材料层合板在存在热残余应力的情况下，具有双稳态性质．层合板的两个稳态之间仅需要一个适当的激励就可以互相转化，因此该结构在变体飞机上应用广泛．基于经典层合板理论，本文引入几何大变形建立了具有双稳态性质的复合材料层合板的能量泛函，提出了一个高阶的位移场函数，用瑞利里兹法推导出一组关于位移场函数系数的非线性方程组．结合牛顿迭代法和消元法求解非线性方程组，得到了层合板面外位移场．同时利用有限元软件ABAQUS，对复合材料层合板双稳态机理进行了数值模拟．选取了几组具有代表性的铺层进行计算，以有限元结果为基准，比较了本文的位移场结果与前人的结果，验证了高阶位移场函数的准确性．     

湿热环境对挖补修理后复合材料层合板振动特性的影响

通过对湿热环境下阶梯挖补胶接修理后碳纤维/双马树脂(T300/QY8911)层合板振动特性的分析,探究了挖补修理后碳纤维/双马树脂层合板在不同湿热效应下的振动特性。基于Mindlin-Reissner板理论与最小势能变分原理,在考虑湿热效应前提下,推导了正交各向异性复合材料层合板的本构关系及四边简支条件下的自由振动控制方程;其次,利用ABAQUS软件建立了三维黏弹性有限元挖补修理模型,应用Fortran语言将湿热耦合下的应力-应变本构关系编入UMAT二次开发文件中,采用三维八节点五自由度等参单元进行了离散。通过与参考文献对照,验证了胶接修理后T300/QY8911层合板有限元模型和编译的湿热环境下UMAT子程序的合理性与有效性。算例结果表明:湿热环境对挖补修理后层合板固有频率的影响比对完整层合板严重;温度对材料性能的影响大于湿度;相比于材料性能变化对振动特性的影响,湿热残余应力对胶接修理后层合板振动特性的影响占主导;参考环境下,胶接修理后层合板的固有频率增大;湿应力对层合板固有频率的影响大于热应力。     

复合材料层合板粘弹性固化残余应力分析

基于Ｓｃｈａｐｅｒｙ积分型粘弹性本构关系，推导了考虑横向剪切效应的复合材料层合板线性热粘弹性有限元分析列式，对层合板的粘弹性响应和加工成型过程中的残余应力进行了分析，给出一些有意义的结果     

高阻尼合金胶粘层合板阻尼特性研究

考虑高阻尼合金胶粘层合板中高阻尼合金的阻尼迟滞特性和胶粘剂本构中固化时间影响的关系,进行粘贴阻尼合金板后层合板结构的非线性动力有限元建模。对不同胶粘剂固化时间的高阻尼合金层合板进行数值仿真分析,用有理分式正交多项法结合非线性优化方法对仿真数据进行处理,得到不同胶粘剂固化时间下高阻尼合金层合板的固有频率和模态阻尼比。通过与锤击法模态试验所得高阻尼合金层合板模态参数对比,验证了有限元仿真模型的合理性。通过数值仿真和试验结果分析发现:粘贴阻尼合金板后层合板结构阻尼比有大幅度提高;随着胶粘剂固化时间的增加,层合板阻尼性能增强,瞬态振动也可以得到更快地衰减。表明高阻尼合金层合板的阻尼性能与阻尼合金的应变幅值有关;阻尼合金的应变幅值越大,阻尼合金层合板模态阻尼比越大,对应结构的减振性能越佳。     

复合材料层合板粘弹性固化残余应力分析

基于Ｓｃｈａｐｅｒｙ积分型粘弹性本构关系，推导了考虑横向剪切效应的复合材料层合板线性热粘弹性有限元分析列式，对层合板的粘弹性响应和加工成型过程中的残余应力进行了分析，给出了一些有意义的结果。     

复合材料大层数层合板热变形热应力有限元分析

研究复合材料大层数层合板结构承受热载荷或同时存在机械载荷作用下，由于层合板各单层间存在着剪切耦合和泊松比的不协调等因素引起的热应力、热变形和自由边缘效应，采用三维八节点等参有限单元法，其特点是在划分三维单元时，每一个单元内可包含多个具有不同铺设角、不同组分材料的铺层。该文导出了相应的三维有限元分析各表达式，进行了实例数值计算，得到了反映大层数层合板热变形、热应力特性的一些有价值的结果。     

金属基复合材料中的热残余应变场及其对材料细观行为的影响

基于SiC／Al基复合材料中的SiC颗粒周期性排布的假设,采用轴对称体胞方法研究了金属基复合材料中的热残余应变场与粒子形状、体积分数等参数间的内在联系;在此基础上,探讨了热残余应变对夹杂内部和基体—夹杂界面的应力集中因子的影响．所得结果对于理解热残余应变对空洞形核的影响有参考价值。     

热障涂层弹性模量和残余应力测试研究

采用数字图像相关法实验研究了热喷涂制作的热障涂层的弹性模量和残余应力。首先,采用三点弯测试方法对热障涂层试件进行加载,并利用二维数字图像相关方法对热障涂层试件加装过程中的弯曲变形进行了精确的测量,进而获得了热障涂层在受拉和受压两种状态下的弹性模量,结果表明,受拉时热障涂层试件陶瓷层的弹性模量为31GPa,而受压时其弹性模量为34GPa。其次,基于内力平衡,推导了考虑曲率变化的涂层残余应力计算公式;利用三维数字图像相关法测量了喷涂前后基体曲率的变化,进而获得了涂层残余应力的大小,结果表明,热喷涂后的热障涂层残余应力为压应力,大小为-86^-70MPa。     

A numerical and experimental investigation into residual stress in thermally sprayed coatings

This paper is concerned with an investigation into the thermal spray process and is particularly concerned with the residual stresses that arise when a steel-alloy coating is sprayed onto a copper-alloy substrate. This material combination was used recently to enhance the thermal and mechanical efficiency of the pressure die casting process. A difficulty with the spraying of steel on copper is the attainment of appreciable thickness of the coating due to debonding during the thermal spraying process. Prominent among possible causes of debonding is residual stress, which is the focus of the research presented in the paper. An investigation into the thermal spray process is performed using experimentation, simplified numerical modelling and finite element modelling. The development of residual stress for a range of process parameters, i.e. deposited layer thickness, interval of layer deposition and the number of layers in a coating (i.e. block deposition versus multilayer deposition for a desired coating thickness) is recorded. The results from the three investigation methods agreeably indicate a progressive change in average interfacial residual stress from compressive towards tensile with increase in thickness of deposited layer; and a tensile interfacial stress in a two-layer coating, which increases with increase in interval of deposition between the two layers. On the whole, the observations from the results suggest an increase in potential for coating debonding with increase in both deposited layer thickness and layer deposition interval. The results further suggest higher potential for coating debonding with block deposition compared to multilayer deposition for a desired coating thickness.     

陶瓷／硬质合金复合片残余应力分析

推导了由于热膨用录同，在热压烧结陶瓷／硬质合金复合片内引起的残余正应力和界面剪应力计算公式；分析了平行和垂直于复合片界面裂纹产生的原因及影响因素，所得结论对双材料的设计有一定的指导作用。     

热光弹性法在残余热应力场分析上的运用

本文用热光弹性法对金属构件因热疲劳裂纹扩展而引起的残余应力场进行分析,并针对具体实验采用实验中途调节参数的方法满足了相似准则,使结果具有良好的精度.     

Residual stress evolution regularity in thermal barrier coatings under thermal shock loading

Residual stress evolution regularity in thermal barrier ceramic coatings (TBCs) under different cycles of thermal shock loading of 1100°C was investigated by the microscopic digital image correlation (DIC) and micro-Raman spectroscopy, respectively. The obtained results showed that, as the cycle number of the thermal shock loading increases, the evolution of the residual stress undergoes three distinct stages: a sharp increase, a gradual change, and a reduction. The extension stress near the TBC surface is fast transformed to compressive one through just one thermal cycle. After different thermal shock cycles with peak temperature of 1100°C, phase transformation in TBC does not happen, whereas the generation, development, evolution of the thermally grown oxide (TGO) layer and micro-cracks are the main reasons causing the evolution regularity of the residual stress.     

聚晶金刚石复合片热残余应力分布规律实验研究

利用改进的应力释放法、X射线衍射法以及Raman光谱,对平面界面结构金刚石复合片表面热残余应力分别进行了实验研究,得到了金刚石层表面热残余应力值及其分布规律,同时得到了基体厚度与热残余应力的相关关系.研究结果表明,采用应力释放法、X射线衍射法及Raman光谱法测试PDC表面热残余应力,其测试结果均与有限元分析结果相吻合,证明了这三种方法的有效性.其中,X射线衍射法测试结果的误差最大,应力释放法其次,Raman光谱法最为精确.由于应力释放法应变片尺寸及X射线衍射法光斑照射范围的限制,无法在试样表面上取较多的测试点,因此难以得到理想的热残余应力分布曲线.而Raman光谱法中所采用的激光光斑仅5μm,可以取更多的测试点,因此其结果更能真实的反映金刚石层表面热残余应力的分布规律.本文的研究结果为精确测试PDC热残余应力,从而为优化PDC界面结构、提高PDC使用性能提供了理论和实验依据.     

基于压力隧洞模型的复合材料横向热残余应力分析

考虑碳纤维横向刚度情况下,将复合材料横向热残余应力问题简化为压力隧洞模型.利用该模型推导出复合材料固化成型过程中形成的横向热残余应力,其中分析得出了单纤维与树脂的接触压力以及该压力传递到纤维和树脂后的分布情况.结果表明接触压力传递到纤维内部后成一固定值,传递到树脂后以正比于r.函数衰减.在其基础上提出场叠加方法,得出纤维之间相互耦合的接触压力与残余应力场.通过有限元模拟,理论模型和数值模拟基本一致.