复合材料层板疲劳损伤加载次序效应研究

从能量耗散的角度出发，建立了一种以有效循环滞回能为基础的非线性疲劳损伤累积法则，并从理论和实验两方面证明了该法则能够正确反映载荷次序效应     

两级载荷下复合材料层板疲劳与寿命预测

研究了复合材料层板疲劳过程中的累积应变演化规律，建立了以累积应变为基础的非线性积累损伤法则，实验结果表明：文中提出的累积应变方法能够较好地反映加载次序效应，准确地预测了复合材料层板在两级载荷下的疲劳寿命。     

含圆孔复合材料层板在拉伸载荷下损伤破坏过程的模拟

本文应用有限元法模拟受拉含孔复合材料层板损伤起始、累积直至破坏的过程。在模拟中引入了作者早些时建立的包含基体开裂层非对称约束影响的损伤本构关系，以及裂纹密度与损伤区应力关系函数等。本文给出损伤累积模拟方法并编制了程序，用该程序可以获得层板加载过程中各层的损伤状态、计算其刚度衰减和应力重分布以及最终破坏载荷。给出了数值模拟算例并与现有研究结果进行了比较。     

层板复合材料的疲劳剩余刚度统计分布模型

在分析现有关于层板复合材料疲劳剩余刚度衰退模型的基础上，根据层板复合材料在疲劳载荷作用下刚度衰退变化的现象，研究了疲劳载荷对层板复合材料刚度衰退的影响，建立了一个新的、更为合理的用于描述层板复合材料在常幅疲劳载荷作用下的刚度衰退模型，导出了剩余刚度统计分布的表达式，给出了确定模型参数的方法。为验证该模型，设计了几组测试实验，并利用试验结果对模型参数进行了估计。利用该统计分布模型，可以预报层板复合材料在给定应力水平的疲劳载荷作用下循环指定周次时剩余刚度的统计分布。实验数据表明，理论预报和实验结果符合得是很好的。     

微裂纹损伤对复合材料层板分层的影响

本文将双标量损伤模型推广,考虑层内及层间微裂纹损伤相互作用,建立了层合复合材料的多标量损伤本构关系,并将该本构关系应用于含贯穿分层层板的后屈曲分析,采用准三维有限元法研究了分层尖端场与极限损伤区演变的特点,结果表明：损伤导致裂尖区层间应力奇异性消失,引起层间应力重新分布;损伤区的发展方向取决于分层上下表面层的铺设角,能量释放率不能反映损伤和分层扩展特征,因而有必要建立基于损伤演化的分层扩展准则。     

层板复合材料的疲劳剩余刚度衰退模型

根据层板复合材料在疲劳载荷作用下刚度衰退变化的现象,研究了疲劳载荷对层板复合材料刚度衰退的影响,建立了一个用于描述层板复合材料在常幅疲劳载荷作用下的刚度衰退模型,导出了剩余刚度统计分布的表达式,给出了确定模型参数的方法.利用该随机模型,可以预报层板复合材料在给定应力水平的疲劳载荷作用下循环指定周次时剩余刚度的统计分布.实验数据表明,理论预报和实验结果符合得很好.     

复合材料层板损伤后刚度衰退的实验研究

对复合材料单向板进行了0°、90°、45°拉伸实验,对铺层为[0°/90°]、[±45°]的层合板进行了拉伸实验,对玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维缠绕的NOL环试样分别进行了短梁剪切实验。实验结果表明:碳纤维/环氧树脂基体复合材料单向板没有明显的非线性行为,而层合板在树脂开裂、面内及层间剪切破坏导致的刚度降低却很明显。层间剪切破坏不仅导致剪切刚度的降低,还会引起弯曲刚度的降低。玻璃纤维、芳纶纤维增强树脂基复合材料在三点弯曲实验过程中体现了较强的抗损伤能力,韧性较好;而碳纤维增强树脂基复合材料抗层间损伤能力较差。本文用标准实验方法,跟踪载荷-变形曲线,得到了用于应力分析的刚度衰减系数。用最大应力准则及实验得到的刚度衰减系数,对直径为1400mm的纤维缠绕壳体进行了变形分析,计算结果与实验值一致性较好。     

缝合复合材料层板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,以空间杆单元模拟缝线的增强作用,建立了缝合复合材料层板在横向低速冲击载荷作用下的渐近损伤分析模型.该模型考虑了缝合层板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层等五种典型损伤形式,采用基于应变描述的Hashin失效准则和Yeh分层失效准则,并将其嵌入ABAQUs/Explicit用户子程序以实现相应损伤类型的判断及其材料性能退化.针对相同铺层的缝合与未缝合层板,模拟了低速冲击作用下的冲击响应和渐进损伤过程,数值结果与试验吻合较好,证明了该方法的合理有效性.同时探讨了冲击速度、缝合密度等对缝合层板冲击响应和损伤的影响.     

复合材料厚壁圆筒的疲劳损伤研究

基于能量耗散法,推导出了复合材料厚壁圆筒的疲劳损伤和疲劳寿命函数;在此基础上,采用有限元软件 ABAQUS 建立复合材料圆筒模型,进行了模拟周期内压载荷作用下的疲劳仿真计算,得到了随着循环数的增加,疲劳损伤变量不断增大和材料性能不断退化的损伤规律。以同样的方法和载荷边界条件计算了全金属圆筒疲劳损伤的起始和演化。对比结果表明：相同循环次数作用下,后者的裂纹扩展长度和张开位移更大;随着循环次数的增加,后者的疲劳破坏比前者更剧烈,更难预测。     

含圆孔复合材料层板在拉伸载荷下损伤破坏过程的模拟

本文应用有限元法模拟受拉含孔夏合材料层板损伤起始、累积直至破坏的过程。在模拟中引入了作者早些时建立的包含基体开裂层非对称约束影响的损伤本构关系，以及裂纹密度与损伤区应力关系函数等。本文给出损伤累积模拟方法并编制了程序，用该程序可以获得层板加载过程中各层的损伤状态、计算其刚度衰减和应力重分布以及最终破坏载荷。给出了数值模拟算例并与现有研究结果进行了比较。     

带脱层的复合材料层板屈曲分析中的接触问题

用基于Mindlin板理论的有限元方法进行了带脱层损伤复合材料层板的屈曲载荷分析．为了处理在屈曲模态中上下脱层之间的接触问题，我们提出了一种有效的算法．在这种算法中，首先用一阶灵敏度分析和二次规划方法相结合的选代算法算出接触区域的虚拟力，然后将这种虚拟力转化成一些假想弹簧的刚度系数，并对原始刚度矩阵进行修正．数值算例表明本算法可以有效地克服屈曲模态中上下脱层之间的相互贯穿．同时，还对脱层的大小，形状和位置对屈曲载荷的影响进行了研究．     

金属损伤复合材料胶接修补结构力学试验研究

为评估金属损伤复合材料胶接修补结构的剩余强度和剩余寿命,进行了含腐蚀和疲劳损伤LY12CZ航空铝合金板碳/环氧复合材料补片胶接修复结构的力学性能试验,分析了在静拉伸和疲劳载荷作用下修补结构的破坏模式、失效机理。试验研究发现:复合材料胶接修补技术有效改善了腐蚀和疲劳损伤这两类损伤区域的受力状况,恢复了其载荷传递路线,其静拉伸失效形式为金属韧性断裂后胶层脱粘的分步渐进式破坏;与含损伤未修补试样相比,胶接修补大幅度提高了试件的剩余强度和剩余寿命恢复率,修补后铝合金试件承载能力增加了约25%,疲劳寿命增加至修补前的约4倍~5倍。     

随机载荷作用下结构疲劳损伤的累积

本文提出了一种计算在随机载荷作用下具有随机疲劳强度的结构的累积疲劳损伤与疲劳寿命的概率密度函数及可靠性函数的方法.对在平稳窄带高斯随机应力作用下的金属与钢筋混凝土构件,给出了上述函数的解析表达式.数例计算表明,理论结果与数字模拟结果颇为吻合.     

低速撞击下正交型纤维增强复合材料层板的脱层研究

用不饱和聚脂预浸渍玻璃纤维带制作了几种正交型铺层序列的层板梁试件,并对其在固支条件下进行了横向冲击实验。用嵌入式加速度传感器得到了载荷历史,通过高速摄影机和显微摄像系统从层板侧面观察了脱层现象。根据最大剪应力准则,通过对层板内部剪应力的分布以及不同铺层间三种不同剪切破坏强度的近似分析,解释了首次脱层具体位置和二次脱层现象。试验和分析表明,脱层失稳所对应的脱层阈值载荷与试件的铺层结构有关。但是,对不同铺层结构的试件,发生脱层的0°/90°界面具有相同的细观剪切强度。因此,用细观界面剪切强度来分析和预言试件的脱层失稳更具有一般性。     

缝合复合材料层合板拉伸疲劳损伤及其机理

对有、无缝合复合材料层合板的拉伸疲劳性能进行了试验研究,考察了0^\circ缝合对复合材料光滑板拉伸疲劳损伤扩展规律的影响. 通过有限元素法分析了有、无缝合复合材料层合板的应力状态分布情况,对缝合复合材料层合板的拉伸疲劳损伤及其扩展机理进行了分析. 研究表明,缝合改变了复合材料层合板拉伸疲劳损伤起始与扩展的机理,针脚附近的面内正应力\sigma_{x}与层间剪应力的集中对层合板拉伸疲劳损伤的发生与扩展有着重要的作用,自由边界处的层间集中应力对缝合板的疲劳性能也有影响. 自由边界处的层间集中应力是导致无缝合层合板疲劳损伤及其扩展的主要原因.      

纤维增强复合材料疲劳研究现状和发展

纤维增强复合材料的疲劳研究是一个很活跃的领域。本文根据近20年来国内外有关复合材料疲劳研究的论文和报告,综述了当前研究的四个方面问题:①复合材料疲劳性能研究及其影响因素;②疲劳损伤的形成和裂纹扩展;③疲劳损伤模型;④疲劳寿命估算。笔者还对当前复合材料疲劳研究的发展表述了己见。      

复合材料层板分级模型的研究与展望

本文着重介绍变量机动有限元与有限元网格叠加技术相结合而发展的复合材料层板的分级模型,并对贯穿宏观到细微观多重几何尺度,耦合电、磁、热、力等多种力学物理现象的当代计算固体力学难题之研究发表了一管之见     

线性疲劳累积损伤准则适用性评估

本文将线性疲劳累积损伤理论分为3类:(1)等损伤线性疲劳累积损伤理论;(2)变损伤线性疲劳累积理论;(3)等损伤线性分阶段疲劳累积损伤理论.对每类理论分别从理论基础、材料常数、引入的参量及工程应用等方面进行分析,归纳出典型模型,并利用金属材料的两级谱、多级谱和随机谱试验数据进行了评估.最后,从理论基础和数据评估两方面进行综合评述,得出了不同类型的模型的适用范围和计算效果,对工程实践具有参考价值.     

碳纤维悬挂支臂疲劳损伤实验研究

对碳纤维复合材料某型飞机垂直尾翼方向舵悬挂支臂完成了谱载疲劳、冲击损伤、损伤扩展和剩余强度试验，采用超声波检查方法对其全过程的损伤状态进行了跟踪实验研究，其结果与位移等试验一致．     

复合材料层板冲击损伤响应的能量和接触力研究

摘 要：本文以复合材料层压板标准冲击试样,用落锤试验、冲击后压缩试验的手段研究了三种不同铺层的低速冲击特性。分析了冲击响应接触力、能量的基本特性和变化规律,发现冲击能量相对于板阻抗水平的不同会导致接触力-时间曲线形状的差异。从冲击总能量、吸收能量和损伤耗散能量的角度阐释了能量和接触力与层压板损伤、变形、压缩剩余强度的关系,损伤直接取决于吸收能量,与冲击总能量有较好的正相关关系,但与接触力无明显联系。最大接触力是仅取决于板损伤阻抗性能的一个门槛值。同时,进行了冲击过程动态有限元模拟,得到了冲击响应参数曲线和损伤结果,与试验结果有较好的对应关系。