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.     

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对...     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格（ALE）输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格(ALE)输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

钢管混凝土柱抗爆性能数值模拟与实验验证

利用LS-DYNA非线性有限元程序,基于多物质流固耦合方法,建立了爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的动态响应数值模型.对比分析了模拟结果与足尺构件的爆炸破坏实验结果,验证了数值模型和计算方法的有效性,并运用参数化分析方法,研究了截面形式、比例距离、混凝土强度及钢材等级、截面形状特性等关键参数对钢管混凝土柱抗爆性能的影响.研究结果表明:钢管混凝土柱具有优越的抗爆性能,所建立的数值模型能够有效地分析钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态影响及破坏形态;圆形截面钢管混凝土柱的抗爆性能优于方形截面;提高材料等级、减小圆形截面钢管混凝土柱的径厚比、增大矩形截面钢管混凝土柱的长宽比,均有利于提升钢管混凝土柱的抗爆特性.     

碳纤维/树脂基复合材料曲壁蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能北大核心CSCD

为研究碳纤维复合材料(CFRP)曲壁蜂窝结构在三点弯曲载荷作用下的承载特性与失效模式,对不同芯层高度、面板厚度的结构进行了理论预报、数值模拟及试验.首先,根据夹芯结构的主要失效模式,提出了相应的理论预报公式,并绘制了失效机制图;其次,建立了CFRP曲壁蜂窝夹芯结构的有限元仿真模型,对其在三点弯曲载荷作用下的典型失效行为进行模拟;最后,通过模压成型工艺制备了不同尺寸的CFRP曲壁蜂窝夹芯结构,并将试验结果与理论、模拟结果进行比较.结果表明,蜂窝夹芯结构承载能力与芯层高度、面板厚度密切相关,结构芯层及面板刚度随其尺寸的减小而下降,导致结构失效模式由面芯脱黏失效变为面板压溃失效.     

二维八次对称准晶的断裂动力学问题

基于准晶弹性流体动力学模型,采用有限差分法研究了含Griffith裂纹八次对称准晶在不同冲击载荷下的动态响应,得到了应力、位移和应力强度因子的数值结果,讨论了不同冲击载荷对动力学行为的影响.     

基于有限元的金属基短纤维复合材料MMC的一种统计蠕变模型

在有限元分析的基础上建立了一个单向应力状态下金属基短纤维复合材料(MMC)的统计蠕变模型.首先建立细胞模型并进行有限元分析,得到了单向应力状态下材料细观尺寸及载荷方向对宏观蠕变响应的影响规律.通过在细胞模型中增加一界面层(考虑材料特性和厚度)来研究基体和纤维的界面对MMC宏观蠕变响应的影响.基于细胞模型的数值结果,提出了一适用于纤维平面随机分布的随机统计模型,该模型考虑了纤维的断裂.通过试验获得纤维的统计分布规律.分析结果表明随机统计模型可以满意地描述试验结果.进一步讨论了材料细观尺寸,纤维的断裂特性以及界面层的材料特性和厚度对MMC宏观蠕变响应的影响.     

基础激励下Timoshenko梁冲击失效准则设计方法

给出了基础激励下Timoshenko梁冲击失效准则设计方法,建立了基于Timoshenko梁的冲击动力学模型.通过求解系统运动方程并结合边界条件,给出了系统固有频率方程,给出了固有振型的计算方法.为了克服基础激励下冲击响应求解的困难,对Timoshenko梁的位移响应进行了假设,求解了系统的线位移和角位移冲击响应,进而得到了任意截面的内力,以及截面的最大von Mises等效应力,基于von Mises屈服准则,给出了分别采用位移、速度和加速度确定失效准则的方法.典型算例的冲击响应计算结果表明,在20～5 000 Hz频率范围内,算例中的Timoshenko梁存在3种失效模式,分别是根部、中部附近和末端发生屈服破坏.针对每种失效模式,分别给出了以最大可用位移幅值、速度幅值和加速度幅值表示的冲击失效准则.     

船体梁在水下近距爆炸作用下反直观动力行为的相似分析

针对漂浮船体梁结构在船舯底部近距爆炸作用下最终呈现的反直观中垂破坏现象进行了研究．首先以单发MK48鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,建立了该问题的物理仿真模型,将水下爆炸冲击载荷的指数衰减段、倒数衰减段、倒数衰减后段和负压段压力精确加载到梁单元节点上进行求解,其中考虑了流固耦合效应、附连水质量以及重力和浮力变化的影响．之后利用相似理论对实船结构和箱型梁实验模型在中部下方近距爆炸作用下的整体动力响应进行分析,得到了决定船体梁中垂和中拱变形的相似参数及采用Rn数表示的理论预报公式,同时分析了各相似参数的物理意义和影响规律．     

Experimental characterization of dynamic properties of honeycomb sandwich joints and plates

In lots of lightweight applications, constructions are also made by honeycomb sandwiches but little is known about failure and dynamic behavior of sandwich plate connections. In this research, an experimental and simulation study of the mechanical and failure behavior of honeycomb sandwich plates and joints are performed. In detail, series of tensile test have been conducted under quasi static conditions and failure behavior and resistance of the specimens are investigated. The specimens are made by phenolic resin-impregnated aramid paper as core and two different layers of glass fiber reinforced plastic as face sheets in each side. In addition to the experimental tests, numerical simulation with finite element models are performed in Abaqus. Failure modes are investigated and finally a good agreement between test data and simulation results is achieved. (© 2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

负压激励下含椭圆孔高弹体的屈曲分析

基于数值模拟与理论分析,研究了含周期性椭圆孔二维结构的屈曲行为。针对不同的屈曲模态,建立理论模型进行模态分析。结果表明,改变孔的几何参数,椭圆孔结构的屈曲模态会随之发生转换,理论分析与数值结果吻合良好。此外,在数值模拟中,与位移加载不同,负压激励下的单胞需要考虑力边界条件的修正,以确保其满足完备性条件。已有工作在单胞选择中常存在问题,导致错误结果。针对上述问题研究了不同单胞所对应的边界条件,并结合有限结构进行了分析与讨论。     

Experimental,analytical, and numerical studies of composite sandwich panels under low-velocity impact loadings

The objective of this research is to compare the numerical and experimental results with a closed-form solution for the dynamic responses of composite sandwich panels subjected to a low-velocity impact. An equivalent twodegree-of-freedom system is used to predict the response at different boundary conditions. The experimental results were obtained from drop-weight impact tests. Numerical calculations were performed using the LSDYNA software to verify the analytical results. The numerical simulation showed a good agreement with experimental data. Meanwhile, with increasing impact velocity, the analytical model showed some disagreement with experiment. This can be explained by the static analysis and minimization of the potential energy used in the model.     

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．     

基于模糊证据推理和灰色关联理论的FMEA方法

在对传统FMEA研究的基础上,提出了基于模糊证据推理和灰色关联理论的FMEA方法.结合模糊证据推理理论建立评价故障模式的模糊王信结构,对各种故障模式进行评价,利用灰色关联理论计算各种故障模式的关联度,通过排序来确定故障模式的风险顺序.该方法克服了传统FMEA的缺陷,提高了FMEA应用的准确性和可靠性.