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复合材料层板开孔拉伸损伤分析

复合材料学报 2012年第1期29卷 169-175页

作者：黎增山关志东何为刘德博北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对纤维增强复合材料层板开孔拉伸,将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效,建立了复合材料层板开孔拉伸损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析,对不同复合材料开孔层板进行了失效预测,并与文献试验结果进行了对比,破坏强度和失... 详细信息

针对纤维增强复合材料层板开孔拉伸,将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效,建立了复合材料层板开孔拉伸损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析,对不同复合材料开孔层板进行了失效预测,并与文献试验结果进行了对比,破坏强度和失效模式均与文献试验结果非常吻合。结果表明本文中所建立的层板开孔拉伸损伤分析模型能够模拟含孔层合板拉伸过程中的损伤起始、损伤扩展和最终破坏模式,并最终预测含孔层合板拉伸失效模式和破坏强度。

关键词：复合材料开孔拉伸损伤分析逐渐损伤失效模式

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复合材料层板开孔压缩损伤分析

复合材料学报 2012年第3期29卷 167-172页

作者：关志东黎增山刘德博李星北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对纤维增强复合材料层板开孔压缩,将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效,建立了复合材料层板开孔压缩损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析,对不同复合材料开孔层板进行了失效预测,并与文献中试验结果进行了对比,破坏强度和... 详细信息

针对纤维增强复合材料层板开孔压缩,将复合材料层板的失效分为层内失效和层间失效,建立了复合材料层板开孔压缩损伤分析模型。该模型基于逐渐损伤分析,对不同复合材料开孔层板进行了失效预测,并与文献中试验结果进行了对比,破坏强度和失效模式均与文献试验结果非常吻合。结果表明,本文中所建立的层板开孔压缩损伤分析模型能够模拟含孔层合板压缩过程中的损伤起始、损伤扩展和最终破坏,并最终预测含孔层合板压缩失效模式和破坏强度。

关键词：复合材料开孔压缩损伤分析逐渐损伤失效模式

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基于界面单元的复合材料层间损伤分析方法

复合材料学报 2012年第2期29卷 130-134页

作者：关志东刘德博李星黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅰ型层间裂纹扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现,采用显示积分方法求解... 详细信息

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确地预测复合材料Ⅰ型层间裂纹扩展。模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现,采用显示积分方法求解,不存在收敛性问题,同时允许使用较粗的有限元网格。最后将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)双悬臂梁试验(DCB)模拟分析中,结果表明,此界面单元模型能够准确模拟复合材料层板Ⅰ型裂纹扩展,为复合材料层间损伤分析提供了一种有效的方法。

关键词：国产复合材料界面单元双悬臂梁试验能量释放率有限元分析

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低速冲击下复合材料加筋板的损伤阻抗性能

北京航空航天大学学报 2016年第4期42卷 751-761页

作者：冀赵杰关志东黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

为确定冲击能量、几何尺寸对低速冲击下复合材料加筋板损伤阻抗性能的影响,对3组工型加筋板进行了试验和数值模拟研究。通过落锤式低速冲击试验,得到了试验件的接触历程、凹坑深度和分层面积等损伤特征。基于引入纤维断裂损伤的各向异... 详细信息

为确定冲击能量、几何尺寸对低速冲击下复合材料加筋板损伤阻抗性能的影响,对3组工型加筋板进行了试验和数值模拟研究。通过落锤式低速冲击试验,得到了试验件的接触历程、凹坑深度和分层面积等损伤特征。基于引入纤维断裂损伤的各向异性弹塑性理论建立了有限元(FE)模型,对试验件凹坑深度进行了模拟预测,模拟结果与试验结果吻合较好。研究表明,复合材料加筋板凹坑深度随冲击能量的变化曲线存在拐点,拐点后表面冲击部位出现纤维断裂。随着冲击能量的增大,试验件的最大接触力不断增大,而分层起始载荷及分层面积则变化不大。含1.5 mm深凹坑试验件对应的冲击能量和最大接触力随筋条或蒙皮厚度的增大而不断增大,而分层起始载荷仅随蒙皮厚度的增大而增大。

关键词：复合材料加筋板低速冲击损伤阻抗永久凹坑有限元(FE)方法

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带口盖加筋复合材料壁板剪切性能

复合材料学报 2016年第2期33卷 399-407页

作者：郭俊关志东黎增山卓越北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

采用试验和有限元方法研究了带口盖加筋复合材料壁板的剪切性能。在带口盖加筋复合材料壁板有限元模型的基础上,去掉口盖,对不带口盖的大开口加筋复合材料壁板进行了有限元模拟分析,以此研究口盖对带口盖加筋复合材料壁板的影响。试验... 详细信息

采用试验和有限元方法研究了带口盖加筋复合材料壁板的剪切性能。在带口盖加筋复合材料壁板有限元模型的基础上,去掉口盖,对不带口盖的大开口加筋复合材料壁板进行了有限元模拟分析,以此研究口盖对带口盖加筋复合材料壁板的影响。试验和数值计算结果表明:当达到屈曲载荷时,带口盖加筋复合材料壁板各个区域同步发生屈曲,最终破坏位置位于加强筋条以外的复合材料壁板区域;去掉口盖后,结构的刚度以及承载能力降低,结构的应力集中点以及损伤起始位置均发生变化,破坏时失稳形式无明显变化,均为局部失稳。

关键词：口盖加筋复合材料剪切试验有限元分析

考虑时间和温度影响的复合材料开孔层板压缩失效分析

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复合材料学报 2017年第7期34卷 1489-1495页

作者：刘准关志东黎增山康军北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国运载火箭技术研究院研究发展中心北京100076

鉴于复合材料性能的时间-温度相关性,对固化后的树脂基体(5228A)进行了动力学分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA),得到了试验窗口中不同温度下的储能模量曲线片段,利用封闭平移(Closed Form Shifting,CFS)方法对其进行扩展,建立了... 详细信息

鉴于复合材料性能的时间-温度相关性,对固化后的树脂基体(5228A)进行了动力学分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA),得到了试验窗口中不同温度下的储能模量曲线片段,利用封闭平移(Closed Form Shifting,CFS)方法对其进行扩展,建立了主曲线并得到了曲线片段对应的平移因子。根据加速试验方法(Accelerated Testing Methodology,ATM),分别以两种铺层的准各向同性开孔层板(CCF300/5228A)为研究对象,建立了匀应变率(Constant Strain Rate,CSR)压缩强度主曲线。借助微距拍摄和超声波C扫描,对其渐进损伤过程和不同温度下的破坏形貌进行了观测。结果表明:即使温度低于玻璃态转变温度,树脂基体动态力学性能也会随时间的增加而降低;单层较厚的开孔层板压缩强度对时间和温度更加敏感,而单层较薄的开孔层板则具有更好的损伤容限性能;温度升高、加载速率降低时,开孔层板压缩最终破坏主导因素从分层损伤趋于纤维屈曲。

关键词：时间-温度相关复合材料失效分析封闭平移加速试验方法

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复合材料跨尺度失效准则及其损伤演化

复合材料学报 2013年第2期30卷 152-158页

作者：李星关志东刘璐黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

提出了一种新的基于物理失效模式的复合材料跨尺度失效准则,从细观层面分别对纤维和基体的失效模式进行了表征,将纤维失效分为拉伸失效和压缩失效,将基体失效分为膨胀失效和扭曲失效。建立了相应的失效准则及损伤演化方法。通过正方形... 详细信息

提出了一种新的基于物理失效模式的复合材料跨尺度失效准则,从细观层面分别对纤维和基体的失效模式进行了表征,将纤维失效分为拉伸失效和压缩失效,将基体失效分为膨胀失效和扭曲失效。建立了相应的失效准则及损伤演化方法。通过正方形和六边形的代表体积单元(RVE)模型,计算了宏观应力到细观应力的机械应力放大系数和热应力放大系数。以IM7/5250-4复合材料拉伸试验作为算例对失效模型进行了验证。计算结果与试验结果吻合较好,表明跨尺度失效准则能够准确预测复合材料层合板的破坏。

关键词：复合材料失效准则跨尺度损伤演化代表体积单元

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蜂窝夹芯挖补修理结构弯曲性能研究

北京航空航天大学学报 2018年第7期44卷 1528-1536页

作者：郭轩关志东邱诚黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

从试验及有限元2个方面对复合材料蜂窝夹芯挖补修理结构的弯曲性能进行研究。通过3点弯曲试验对无损及修理件弯曲性能进行测试,试验结果表明,蜂窝夹芯结构破坏模式为典型的蜂窝剪切破坏,修理件相比于无损件弯曲强度恢复率为110%,修理后... 详细信息

从试验及有限元2个方面对复合材料蜂窝夹芯挖补修理结构的弯曲性能进行研究。通过3点弯曲试验对无损及修理件弯曲性能进行测试,试验结果表明,蜂窝夹芯结构破坏模式为典型的蜂窝剪切破坏,修理件相比于无损件弯曲强度恢复率为110%,修理后结构弯曲刚度也略高于无损件;基于试验结果建立三维有限元模型对蜂窝夹芯修理结构的弯曲性能进行研究,通过用户自定义子程序VUSDFLD编写Hashin失效准则、基于应力的Besant失效准则,实现复合材料面板及蜂窝芯子2种材料的损伤起始及演化。数值模型得到的破坏模式、破坏载荷及弯曲刚度均与试验结果吻合得较好;改变有限元模型参数,研究损伤直径及补片厚度对修理后弯曲性能影响,结果表明,随着损伤直径从30~70 mm逐渐增加,修理件强度先增加后减小,并在损伤直径为50 mm时取得最大值,此外,补片厚度为1~2.5 mm时弯曲强度恢复率高于100%;本文为复合材料蜂窝夹芯结构的修理设计提供了可靠的数值模拟方法。

关键词：蜂窝夹芯挖补修理弯曲性能破坏模式有限元模型强度恢复率

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基于应变不变量失效理论的复合材料损伤模拟

北京航空航天大学学报 2013年第2期39卷 190-195页

作者：李星关志东刘璐黎增山北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

应变不变量失效理论基于物理失效模式判断纤维和基体的损伤,适于研究纤维与基体的细观相互作用及固化残余应力的影响.介绍了应变不变量失效理论的物理背景,建立了正方形、六边形和钻石型细观代表体积单元模型,给出了宏观应变到细观应变... 详细信息

应变不变量失效理论基于物理失效模式判断纤维和基体的损伤,适于研究纤维与基体的细观相互作用及固化残余应力的影响.介绍了应变不变量失效理论的物理背景,建立了正方形、六边形和钻石型细观代表体积单元模型,给出了宏观应变到细观应变的转换方法,提出了相应的失效模式和损伤演化准则.基于应变不变量失效理论求得了CCF300/5228材料体系的机械应变放大系数和热应变放大系数,对CCF300/5228复合材料开孔层合板的拉伸破坏过程进行了模拟,分析了纤维和基体的失效过程.计算与试验结果取得了较好的一致性,证明了该理论的适用性.

关键词：复合材料应变不变量失效模式损伤演化