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复合材料连续损伤力学模型在螺栓接头渐进失效预测中的应用

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复合材料学报 2020年第8期37卷 2065-2075页

作者：何柏灵葛东云广西科技大学机械与交通工程学院柳州545006 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 清华大学航天航空学院北京100084

提出考虑层合板面内(纤维和基体失效)和层间失效的复合材料连续损伤力学模型,对螺栓接头的渐进失效行为进行预测。基于Tsai-Wu强度准则,发展可以判定复合材料面内和层间失效的强度准则。采用幂指数衰减材料退化模型模拟复合材料的损伤... 详细信息

提出考虑层合板面内(纤维和基体失效)和层间失效的复合材料连续损伤力学模型,对螺栓接头的渐进失效行为进行预测。基于Tsai-Wu强度准则,发展可以判定复合材料面内和层间失效的强度准则。采用幂指数衰减材料退化模型模拟复合材料的损伤扩展过程。建立连续损伤力学模型用以研究0°铺层比例和螺栓直径对复合材料螺栓接头挤压性能的影响,预测结果与实验结果吻合。结果表明:0°铺层比例过高,接头发生剪切破坏,降低连接结构承载能力;增大螺栓直径,层合板损伤受到抑制,可提高复合材料螺栓接头的挤压强度。

关键词：复合材料螺栓接头连续损伤力学模型渐进失效强度准则

波在各向异性介质中传播规律的无网格法数值模拟

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工程力学 2004年第5期21卷 121-125,177页

作者：葛东云陆明万清华大学工程力学系北京100084

采用基于紧支距离基函数近似的配点型无网格方法对波在各向异性层状介质中的传播规律进行了数值模拟,得到了应力波的传播历程,并与冲击载荷作用下的有限元计算结果值进行了比较。该方法所得到的结果与有限元计算的结果吻合较好。说明该... 详细信息

采用基于紧支距离基函数近似的配点型无网格方法对波在各向异性层状介质中的传播规律进行了数值模拟,得到了应力波的传播历程,并与冲击载荷作用下的有限元计算结果值进行了比较。该方法所得到的结果与有限元计算的结果吻合较好。说明该方法可以有效地模拟波在各向异性材料中的传播过程。

关键词：固体力学无网格法紧支距离基函数各向异性应力波

湿热环境下Carbon/Epoxy复合材料层合板动态压缩性能

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复合材料学报 2016年第2期33卷 259-264页

作者：吴以婷葛东云李辰清华大学航天航空学院北京100084

随着纤维增强复合材料的广泛应用,研究其在湿热环境下的动态力学性能具有重要的理论研究意义与工程应用价值。首先对碳纤维增强环氧树脂基(Carbon/Epoxy)复合材料层合板试件进行了湿热处理,其后采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术开展了... 详细信息

随着纤维增强复合材料的广泛应用,研究其在湿热环境下的动态力学性能具有重要的理论研究意义与工程应用价值。首先对碳纤维增强环氧树脂基(Carbon/Epoxy)复合材料层合板试件进行了湿热处理,其后采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术开展了干/湿态试件高应变率压缩实验并对实验结果进行分析。结果表明:材料脱(吸)湿过程呈现出两段式特点,存在二次脱(吸)水现象;Carbon/Epoxy复合材料层合板的强度在垂直铺层方向具有显著的应变率敏感性,随着应变率从1 500s-1增加至6 000s-1,其强度增加近3倍,与此同时应变率对其弹性模量的影响却非常微弱;此外,湿热处理有助于提升该材料的动态力学性能,经20d吸湿后材料动态强度有最大12.45%的增幅,吸湿使得材料动态强度的上升在应变率较低时比较明显。

关键词：碳纤维增强复合材料湿热环境高应变率动态压缩分离式霍普金森压杆(SHPB)

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动载荷作用下微裂纹的增韧分析

应用力学学报 2003年第1期20卷 12-17页

作者：葛东云陆明万刘元镛清华大学工程力学系北京100084 西北工业大学西安710072

在实验研究的基础上 ,将细观统计力学应用于材料的动态增韧分析中 ,探索性的研究了在动态载荷作用下微裂纹的增韧机理 ,并进行了相应的有限元分析计算 ,得出在动载荷作用下 ,微裂纹增韧主要表现在微裂纹的快速成核。如果要提高材料在动... 详细信息

在实验研究的基础上 ,将细观统计力学应用于材料的动态增韧分析中 ,探索性的研究了在动态载荷作用下微裂纹的增韧机理 ,并进行了相应的有限元分析计算 ,得出在动载荷作用下 ,微裂纹增韧主要表现在微裂纹的快速成核。如果要提高材料在动态情况下的增韧幅值。

关键词：微裂纹动态断裂韧性颗粒增韧

基于连续损伤力学的复合材料单剪螺栓连接强度估算策略

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复合材料学报 2016年第12期33卷 2918-2930页

作者：何柏灵葛东云杜旭朕莫与明清华大学航天航空学院北京100084

针对中国缺少T800级复合材料螺栓连接设计参数的问题,发展一种综合连续损伤力学(CDM)和工程算法的单剪连接强度估算策略,以替代试验,降低研究周期和成本。在该强度估算策略中,首先建立试件的CDM有限元模型,通过数值模拟得到单剪螺栓连... 详细信息

针对中国缺少T800级复合材料螺栓连接设计参数的问题,发展一种综合连续损伤力学(CDM)和工程算法的单剪连接强度估算策略,以替代试验,降低研究周期和成本。在该强度估算策略中,首先建立试件的CDM有限元模型,通过数值模拟得到单剪螺栓连接的设计参数,包括单剪挤压强度修正系数、无缺口层合板拉伸强度和应力集中减缓因子等。随后根据上述参数,建立工程算法,估算复合材料单剪螺栓连接的最终挤压强度。结果表明:通过该策略得到的T800级复合材料螺栓连接设计参数和强度估算结果与试验结果有较好的一致性,说明该强度估算策略的可行性。

关键词：复合材料单剪连接设计参数连续损伤力学工程算法

T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接的拉伸试验及强度估算

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复合材料学报 2016年第7期33卷 1540-1552页

作者：何柏灵葛东云莫与明杜旭朕清华大学航天航空学院北京100084

为系统地研究T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的力学性能,首先,对T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接进行了面内准静态拉伸试验,探讨了铺层比例、铺层顺序、螺栓直径以及固化工艺对复合材料螺栓连接刚度和2%偏移挤压强度的影响;然后,... 详细信息

为系统地研究T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的力学性能,首先,对T800碳纤维增强复合材料双剪单钉连接进行了面内准静态拉伸试验,探讨了铺层比例、铺层顺序、螺栓直径以及固化工艺对复合材料螺栓连接刚度和2%偏移挤压强度的影响;然后,根据试验结果得到了T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的应力集中减缓因子;最后,结合相应铺层比例的无缺口层合板的应力集中减缓因子和拉伸强度,建立了复合材料连接最终挤压强度的工程算法。结果表明:当螺栓断裂时,连接的最终挤压强度由螺栓剪切强度和螺栓直径/板厚比决定;连接存在挤压和剪切2种失效形式,与±45°铺层比例有关;工程算法的计算结果与试验结果吻合良好。所得试验结果和工程算法可为T800碳纤维增强复合材料螺栓连接的初步设计提供理论依据和技术支持。

关键词： T800碳纤维增强复合材料螺栓连接工程算法应力集中减缓因子初步设计

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复合材料帽型加筋板轴压试验及承载能力预测

复合材料学报 2016年第7期33卷 1531-1539页

作者：葛东云莫与明何柏灵杜旭朕清华大学航天航空学院北京100084

随着复合材料的广泛使用,复合材料帽型加筋板在飞机结构上的使用也越来越多。为研究复合材料帽型加筋板承受轴向压缩的能力,首先对不同蒙皮半径、蒙皮厚度及长桁间距的复合材料帽型加筋板进行了轴压试验,得到了局部屈曲载荷、破坏载荷... 详细信息

随着复合材料的广泛使用,复合材料帽型加筋板在飞机结构上的使用也越来越多。为研究复合材料帽型加筋板承受轴向压缩的能力,首先对不同蒙皮半径、蒙皮厚度及长桁间距的复合材料帽型加筋板进行了轴压试验,得到了局部屈曲载荷、破坏载荷与加筋板曲率系数、长桁间距的关系,然后,通过引入曲率修正系数,修正了现有加筋板屈曲载荷的工程估算公式;最后,利用分段处理法结合有效宽度概念改进了加筋板轴压极限承载的工程算法。结果表明:帽型复合材料加筋板局部屈曲载荷及最终破坏载荷与曲率系数正相关;改进的方法能对复合材料加筋板的极限承载进行准确预测。所得结果表明该方法为复合材料加筋板结构设计及载荷估算提供了一种新方法,具有一定的工程应用价值。

关键词：复合材料帽型加筋板轴压试验屈曲载荷破坏载荷改进工程算法

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根据损伤理论计算树脂材料的断裂性能

航空材料学报 1998年第3期18卷 51-56页

作者：刘元镛葛东云西北工业大学

基于损伤理论，计及裂尖前方空穴和微裂纹等缺陷的影响，利用材料在性能实验中变形过程的损伤变化与含裂纹材料在裂纹扩展过程中的损伤变化的相似性，得到用材料的性能曲线计算材料断裂韧性的方法，并将计算结果与实验结果相比较，结论... 详细信息

基于损伤理论，计及裂尖前方空穴和微裂纹等缺陷的影响，利用材料在性能实验中变形过程的损伤变化与含裂纹材料在裂纹扩展过程中的损伤变化的相似性，得到用材料的性能曲线计算材料断裂韧性的方法，并将计算结果与实验结果相比较，结论较为吻合。所提出的用材料的性能曲线直接计算其断裂韧性的方法有可能推广于其他高分子材料。

关键词：裂尖损伤区断裂韧性损伤度树脂材料

复合材料襟翼壁板屈曲失稳行为的栅线投影实验研究

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实验力学 2012年第5期27卷 570-575页

作者：郝文峰葛东云马寅佶姚学锋清华大学工程力学系北京100084

本文利用栅线投影测量方法研究了蜂窝夹层板、工字型及T型加筋板三种不同结构形式复合材料襟翼壁板在压缩载荷下的屈曲失稳行为,得到了不同形式结构件屈曲的全场离面位移分布规律,分析了各自的屈曲失稳模式。研究结果表明,栅线投影测量... 详细信息

本文利用栅线投影测量方法研究了蜂窝夹层板、工字型及T型加筋板三种不同结构形式复合材料襟翼壁板在压缩载荷下的屈曲失稳行为,得到了不同形式结构件屈曲的全场离面位移分布规律,分析了各自的屈曲失稳模式。研究结果表明,栅线投影测量方法在大尺度复合材料结构失稳变形测试中具有可行性;在相同面板尺寸条件下,工字型加筋复合材料襟翼壁板屈曲临界载荷最大,承载能力最强。本文结果可为飞机复合材料结构设计提供实验依据。

关键词：复合材料栅线投影襟翼壁板屈曲离面位移