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含分层CFRP层合板结构的振动频率与剩余压缩强度的关联性研究

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复合材料科学与工程 2024年第1期 38-44页

作者：郭静静张芝芳罗子微刘文迪广州大学风工程与工程振动研究中心广州510006

纤维增强复合材料层合结构在生产和使用过程中容易出现分层损伤,为研究分层损伤对复合材料层合结构压缩强度的影响,本文对含有不同预制分层缺陷的复合材料层合板进行了模态测试,提取固有频率,并通过静强度压缩试验得到剩余压缩强度。主... 详细信息

纤维增强复合材料层合结构在生产和使用过程中容易出现分层损伤,为研究分层损伤对复合材料层合结构压缩强度的影响,本文对含有不同预制分层缺陷的复合材料层合板进行了模态测试,提取固有频率,并通过静强度压缩试验得到剩余压缩强度。主要研究了在复合材料层合板的中间界面预埋不同尺寸的穿透型分层对其固有频率及剩余压缩强度的影响。基于ABAQUS平台建立了含预制分层的复合材料结构有限元模型,将仿真结果与试验结果进行对比,验证了仿真模型。采用有限元模型进一步分析分层损伤对频率以及剩余压缩强度的影响。结果表明:试件的固有频率随预制分层损伤面积增加而下降;与无初始损伤试件相比,含有预制分层的试件,其压缩破坏的位置主要集中在预制分层缺陷的铺层,且随预制分层的尺寸变化呈现不同程度的分层扩展;改变层合板的铺层时,随着分层损伤尺寸增加,复合材料层合板的压缩强度与其固有频率均逐渐下降;试验和仿真分析皆表明复合材料层合板的固有频率与其剩余压缩强度具有定量的关联性,但关联性受铺层影响,改变铺层将导致二者的指数关系发生变化。

关键词：复合材料分层固有频率剩余压缩强度振动

复合材料T型加筋低速边缘冲击及剩余压缩强度的数值仿真分析

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材料导报 2020年第20期34卷 20130-20136页

作者：陈方姚卫星吴富强南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

复合材料在航空结构件中大量应用,将T型加筋这类主承力构件复材化是当下的主要趋势。冲击损伤具有较低的可探测性,同时会显著降低结构的剩余压缩强度,对航空结构安全极具威胁。鉴于此,本工作提出了一种渐进损伤仿真流程,用于预测复合材... 详细信息

复合材料在航空结构件中大量应用,将T型加筋这类主承力构件复材化是当下的主要趋势。冲击损伤具有较低的可探测性,同时会显著降低结构的剩余压缩强度,对航空结构安全极具威胁。鉴于此,本工作提出了一种渐进损伤仿真流程,用于预测复合材料T型加筋受到冲击后的剩余强度。并通过试验实测数据与仿真模型预测值的对比,验证了本工作所述仿真方法的合理性和有效性。结果表明仿真模型能够定量地给出T型加筋的冲击损伤尺度、压缩破坏应变和剩余压缩强度。同时也能够定性地预测T型加筋在冲击后压缩载荷下的应力应变响应以及损伤位置。

关键词：复合材料 T型加筋低速边缘冲击剩余压缩强度数值仿真

复合材料加筋板低速冲击损伤及剩余压缩强度试验研究

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复合材料学报 2014年第1期31卷 200-206页

作者：邵青何宇廷张腾伍黎明空军工程大学航空航天工程学院西安710038

采用落锤法对复合材料加筋板进行了低速冲击损伤(LVI)试验,根据复合材料加筋板构型,设计了冲击支持支架,研究了支持支架的间距对冲击结果的影响;用相同的冲击能量对复合材料加筋板结构中3处典型位置进行冲击,得到不同位置的损伤形貌;分... 详细信息

采用落锤法对复合材料加筋板进行了低速冲击损伤(LVI)试验,根据复合材料加筋板构型,设计了冲击支持支架,研究了支持支架的间距对冲击结果的影响;用相同的冲击能量对复合材料加筋板结构中3处典型位置进行冲击,得到不同位置的损伤形貌;分别对完好件和损伤试验件进行压缩试验,将试验结果进行对比,分析不同位置的冲击损伤对结构压缩性能的影响。试验结果表明:在相同的冲击能量下,支持支架间距越小,所造成的冲击损伤越严重;在50J冲击能量下,筋条区蒙皮处的冲击所造成的损伤不易观察,筋条间蒙皮处的冲击所造成的损伤最为明显,而筋条边缘蒙皮处的冲击可以导致筋条边缘的脱粘;冲击损伤会使加筋板屈曲载荷轻微下降,筋条间蒙皮和筋条区蒙皮冲击损伤对压缩结果影响相对较小,筋条边缘处的冲击会引起损伤处蒙皮的子层屈曲,并影响结构破坏形式,使结构压缩承载能力有较为明显的下降。

关键词：复合材料加筋板低速冲击冲击损伤剩余压缩强度

含低速冲击损伤复合材料层合板剩余压缩强度及疲劳性能试验研究

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复合材料学报 2012年第5期29卷 171-178页

作者：朱炜垚许希武南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

对T300/QY8911复合材料层板进行了低速冲击、冲击后压缩以及冲击后疲劳试验研究。通过对冲击后的层板进行目视检测和超声C扫描获得了层板受低速冲击后的若干损伤特征;在压-压疲劳试验中,测量了损伤的扩展情况。讨论了冲击能量与损伤面... 详细信息

对T300/QY8911复合材料层板进行了低速冲击、冲击后压缩以及冲击后疲劳试验研究。通过对冲击后的层板进行目视检测和超声C扫描获得了层板受低速冲击后的若干损伤特征;在压-压疲劳试验中,测量了损伤的扩展情况。讨论了冲击能量与损伤面积以及冲击后剩余压缩强度的关系,分析了含冲击损伤层合板在压缩载荷及压-压疲劳载荷下的主要破坏机制。结果表明,低速冲击损伤对该类层板的强度和疲劳性能影响很大,在3.75J/mm的冲击能量下,层板剩余压缩强度下降了65%;在压-压疲劳载荷作用下,其损伤扩展大致可分为两个阶段,占整个疲劳寿命约60%的前一阶段损伤扩展较为缓慢;而疲劳寿命的后半阶段损伤则开始加速扩展,并导致材料破坏。

关键词：复合材料层合板低速冲击剩余压缩强度疲劳损伤扩展

碳纤维织物布层压复合材料湿热环境疲劳后剩余压缩强度

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复合材料学报 2016年第3期33卷 535-544页

作者：孙旋童明波陈智刘鑫娴秦福德南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016 空降兵研究所孝感432000

为了研究湿热环境对碳纤维织物布层压复合材料疲劳性能的影响,开展了碳纤维织物布含中心孔层压板疲劳试验和剩余压缩强度试验,并为湿热环境拉-压疲劳试验自行设计了湿热环境试验箱。参照ASTM标准设计加工了疲劳试验夹具和压缩试验夹具,... 详细信息

为了研究湿热环境对碳纤维织物布层压复合材料疲劳性能的影响,开展了碳纤维织物布含中心孔层压板疲劳试验和剩余压缩强度试验,并为湿热环境拉-压疲劳试验自行设计了湿热环境试验箱。参照ASTM标准设计加工了疲劳试验夹具和压缩试验夹具,分别在标准环境条件(温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%RH),湿热环境条件(温度(70±2)℃、相对湿度(85±5)%RH)下对试件进行拉-压疲劳试验,之后分别进行了剩余压缩强度试验。以标准环境疲劳试验件的剩余压缩强度为基准值,对比湿热环境疲劳试验件的破坏载荷对应的极限压缩强度,计算其与基准值的差值。通过试验结果对比,得到湿热环境下试验件疲劳后剩余压缩强度下降了14%,该湿热环境对载荷谱下的碳纤维织物布层压复合材料试验件疲劳后剩余压缩强度影响较小。

关键词：碳纤维织物布层压复合材料湿热环境疲劳剩余压缩强度

CFRP层合板的二次低速冲击及剩余压缩强度试验研究

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材料导报 2023年第12期37卷 240-247页

作者：王景东潘静雯张芝芳江剑黎健斌广州大学风工程与工程振动研究中心广州510006 广州大学土木工程学院广州510006

以碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板为研究对象,在结构的相同位置进行二次低速冲击,考察二次冲击时结构的动力响应和冲击后的剩余压缩强度,并与单次冲击的结果进行对比。在总冲击能量相同的前提下,采用... 详细信息

以碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板为研究对象,在结构的相同位置进行二次低速冲击,考察二次冲击时结构的动力响应和冲击后的剩余压缩强度,并与单次冲击的结果进行对比。在总冲击能量相同的前提下,采用落锤法对CFRP层合板进行冲击试验,得到结构单次和二次冲击的动力响应、能量吸收规律。采用超声波C扫描技术观测CFRP层合板内部的冲击损伤后,对CFRP层合板进行剩余压缩强度试验。系统研究和对比了单次和二次冲击对CFRP层合板在结构动力响应、能量吸收、损伤情况和剩余强度的影响。结果表明:总冲击能量分别为20 J、30 J、40 J时,二次冲击层合板试件吸收的总能量分别是单次冲击的52.50%、67.56%、81.41%,损伤总面积分别是单次冲击的60.58%、64.59%、80.60%;单次冲击后结构的剩余压缩强度分别是二次冲击的76.76%、78.65%、92.40%。此外,CAI-冲击能量、CAI-吸收能量和CAI-损伤面积曲线均在20 J的冲击能量下存在拐点。

关键词：纤维增强复合材料二次低速冲击剩余压缩强度动力响应能量吸收

多损伤复合材料加筋壁板高周疲劳特性及剩余压缩强度

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复合材料学报 2015年第6期32卷 1754-1761页

作者：张铁军李曙林常飞石晓朋卞栋梁空军工程大学航空航天工程学院西安710038

为研究常用于飞机垂尾的复合材料加筋壁板的冲击疲劳特性,设计了该型加筋壁板多点冲击试验、高周疲劳试验及剩余压缩强度试验。讨论了不同冲击能量对筋条边缘冲击损伤的影响,及施加低应力水平的疲劳载荷后各冲击损伤区域的扩展情况,对... 详细信息

为研究常用于飞机垂尾的复合材料加筋壁板的冲击疲劳特性,设计了该型加筋壁板多点冲击试验、高周疲劳试验及剩余压缩强度试验。讨论了不同冲击能量对筋条边缘冲击损伤的影响,及施加低应力水平的疲劳载荷后各冲击损伤区域的扩展情况,对比分析了疲劳对冲击后剩余压缩强度的影响。结果表明:40J能量冲击后的损伤面积和凹坑深度较大,C扫描损伤形貌很不规则。100万次低应力疲劳后主损伤区附近衍生出新损伤,导致压缩破坏时产生向上、下夹具扩展的裂痕。该型加筋壁板疲劳后破坏载荷保持率为95.6%,有较好的抗冲击疲劳能力,为加筋壁板耐久性及后屈曲设计提供了思路。

关键词：复合材料加筋壁板冲击损伤高周疲劳特性剩余压缩强度

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复合材料层板低速冲击后剩余压缩强度

复合材料学报 2008年第1期25卷 140-146页

作者：林智育许希武南京航空航天大学航空宇航学院结构强度研究所南京210016

对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、背面基体裂纹长度、损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上,建立了复合材料低... 详细信息

对两种材料体系和铺层的复合材料层合板进行低速冲击后压缩强度试验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。讨论了表面凹坑深度、背面基体裂纹长度、损伤面积以及剩余压缩强度与冲击能量的关系。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余强度估算的一种椭圆形弹性核模型。该模型将冲击损伤等效为一刚度折减的椭圆形弹性核,采用含任意椭圆核各向异性板杂交应力有限元分析含损伤层合板的应力应变状态,并应用点应力判据预测层板的压缩(或压、剪)剩余强度。理论分析与试验结果对比表明,该模型简单有效。

关键词：复合材料层合板低速冲击损伤剩余压缩强度杂交应力有限元

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含冲击损伤缝合层板剩余压缩强度

复合材料学报 2013年第3期30卷 247-252页

作者：毛春见许希武南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

通过对含冲击损伤缝合复合材料层板进行压缩实验,揭示了含损伤缝合层板在压缩载荷下的破坏模式和破坏机制。将冲击损伤等效为圆孔,利用杂交单元计算冲击后缝合层板的应力分布,采用基于特征曲线概念的点应力判据预测了含损伤缝合层板的... 详细信息

通过对含冲击损伤缝合复合材料层板进行压缩实验,揭示了含损伤缝合层板在压缩载荷下的破坏模式和破坏机制。将冲击损伤等效为圆孔,利用杂交单元计算冲击后缝合层板的应力分布,采用基于特征曲线概念的点应力判据预测了含损伤缝合层板的剩余压缩强度。研究结果表明:冲击损伤近似为圆形;缝合和未缝合层板冲击后压缩的损伤模式不同;采用开口等效法可以有效分析缝合层板的剩余压缩强度;特征距离、损伤面积是影响计算结果的主要因素。

关键词：冲击损伤缝合层板剩余压缩强度杂交单元开孔等效