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钢制金属I型夹芯板界面疲劳脱粘特性分析

中国舰船研究 2024年第2期19卷 165-172页

作者：赵壮壮杨军刘刚韩正君杨宏启山东电力工程咨询院有限公司海洋工程事业部山东济南250014 大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 中国舰船研究设计中心上海201108

[目的]针对金属I型夹芯板界面的脱粘失效破坏,开展金属夹芯板界面疲劳脱粘特性分析。[方法]基于内聚力模型理论,考虑时间历程、三维结构节点多自由度的损伤演化方程与收敛判定准则,开发适用于三维复杂结构的界面疲劳脱粘模拟程序;与焊... 详细信息

[目的]针对金属I型夹芯板界面的脱粘失效破坏,开展金属夹芯板界面疲劳脱粘特性分析。[方法]基于内聚力模型理论,考虑时间历程、三维结构节点多自由度的损伤演化方程与收敛判定准则,开发适用于三维复杂结构的界面疲劳脱粘模拟程序;与焊接接头脱粘实验结果进行对比,验证所开发程序的准确性,并进一步对钢制金属I型夹芯板的界面疲劳脱粘行为进行数值模拟。[结果]结果显示,所开发的三维界面疲劳脱粘数值模拟程序与焊接接头脱粘实验间最大的模拟误差仅为14.05%;I型夹芯板承受面外载荷时,夹芯板界面处的脱粘破坏主要表现为沿焊缝方向的表面裂纹扩展,当裂纹扩展至夹芯板长度的70%左右时,裂纹开始贯穿腹板形成贯穿裂纹。[结论]所开发的三维复杂结构界面疲劳脱粘程序可以实现对金属夹芯板界面疲劳脱粘寿命的有效评估,对实际工程应用具有一定的指导意义。

关键词：金属I型夹芯板界面脱粘内聚力模型焊接缺陷三维复杂结构

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界面脱粘对正交铺设SiC/CAS复合材料基体开裂的影响

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复合材料学报 2012年第4期29卷 231-238页

作者：杨福树孙志刚李龙彪高希光宋迎东机械结构力学及控制国家重点实验室南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

采用细观力学方法研究了正交铺设SiC/CAS复合材料在单轴拉伸载荷作用下界面脱粘对基体开裂的影响。采用断裂力学界面脱粘准则确定了0°铺层纤维/基体界面脱粘长度,结合能量平衡法得到了主裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式3)和次裂纹... 详细信息

采用细观力学方法研究了正交铺设SiC/CAS复合材料在单轴拉伸载荷作用下界面脱粘对基体开裂的影响。采用断裂力学界面脱粘准则确定了0°铺层纤维/基体界面脱粘长度,结合能量平衡法得到了主裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式3)和次裂纹且纤维/基体界面发生脱粘(即模式5)的临界开裂应力,讨论了纤维/基体界面剪应力、界面脱粘能对基体开裂应力的影响。结果表明,模式3和模式5的基体开裂应力随纤维/基体界面剪应力、界面脱粘能的增加而增加。将这一结果与Chiang考虑界面脱粘对单向纤维增强陶瓷基复合材料初始基体开裂影响的试验研究结果进行对比表明,该变化趋势与单向SiC增强玻璃陶瓷基复合材料的试验研究结果一致。

关键词：陶瓷基复合材料正交铺设基体开裂界面脱粘细观力学

界面脱粘对陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的影响

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固体力学学报 2009年第1期30卷 8-14页

作者：李龙彪宋迎东孙志刚南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

采用细观力学方法对脆性纤维增强的陶瓷基复合材料拉-拉疲劳载荷下应力-应变迟滞回线进行了研究,将拉梅公式与库仑摩擦法则相结合分析了界面脱粘区以及粘结区复合材料细观应力场,根据卸载与重新加载时纤维相对基体滑移机制,分析了加卸... 详细信息

采用细观力学方法对脆性纤维增强的陶瓷基复合材料拉-拉疲劳载荷下应力-应变迟滞回线进行了研究,将拉梅公式与库仑摩擦法则相结合分析了界面脱粘区以及粘结区复合材料细观应力场,根据卸载与重新加载时纤维相对基体滑移机制,分析了加卸载纤维轴向应力分布,结合断裂力学界面脱粘准则确定了初始加载界面脱粘长度ls、卸载界面反向滑移长度y以及重新加载界面滑移长度z′,讨论了界面脱粘能和界面摩擦系数对初始界面脱粘、卸载界面反向滑移、重新加载界面滑移以及加卸载迟滞回线的影响,并与Pryce-Smith模型和试验数据进行对比表明:该文模型与试验曲线吻合的较好.

关键词：陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线界面脱粘库仑摩擦

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考虑冰层断裂与界面脱粘的电脉冲除冰仿真

航空学报 2023年第S2期44卷 333-344页

作者：黄永杰倪章松潘捷成都流体动力创新中心成都610010 空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000

电脉冲除冰系统具备重量轻、能耗低、效率高等诸多优势,在飞机除冰领域应用前景广阔。基于损伤力学原理,考虑了界面脱粘、冰层断裂与裂纹扩展对冰脱落的影响机制,发展了一套电脉冲除冰有限元模型,对电脉冲除冰过程进行了瞬态动力学仿真... 详细信息

电脉冲除冰系统具备重量轻、能耗低、效率高等诸多优势,在飞机除冰领域应用前景广阔。基于损伤力学原理,考虑了界面脱粘、冰层断裂与裂纹扩展对冰脱落的影响机制,发展了一套电脉冲除冰有限元模型,对电脉冲除冰过程进行了瞬态动力学仿真。通过对仿真模型与实验结果进行比对分析,证实了该模型较传统模型具有更高的准确性和合理性,为电脉冲除冰系统设计提供了新的、更精确的仿真手段。此外,还对一系列影响冰脱落的关键参数进行了深入探讨,包括冰层断裂强度、断裂能、冰层与蒙皮之间的法向粘附强度以及剪切粘附强度等。研究表明,影响电脉冲除冰效果最显著的因素是冰层与蒙皮之间的界面剪切强度,这些发现有助于促进复合式防除冰系统的设计,从而实现更高的除冰效率。

关键词：电脉冲除冰冰层断裂界面脱粘有限元模型断裂能

含界面脱粘三维五向编织复合材料单向拉伸损伤失效机理研究

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航空材料学报 2011年第6期31卷 73-80页

作者：张超许希武郭树祥南京航空航天大学结构与强度研究所飞行器结构力学与控制教育部重点实验室南京210016

建立了含界面脱粘的三维五向编织复合材料单向拉伸损伤分析有限元模型。将Tsai-Wu强度准则用于纤维束损伤判断并确定材料失效模式,结合Murakami损伤张量表征材料各向异性损伤,根据失效模式进行材料性能退化;界面相和基体分别采用Quads... 详细信息

建立了含界面脱粘的三维五向编织复合材料单向拉伸损伤分析有限元模型。将Tsai-Wu强度准则用于纤维束损伤判断并确定材料失效模式,结合Murakami损伤张量表征材料各向异性损伤,根据失效模式进行材料性能退化;界面相和基体分别采用Quads准则和Mises准则作为失效判据,引入刚度折减;建立了五向编织复合材料的损伤预测模型。模拟了典型编织角材料的细观损伤起始、扩展和最终失效过程,分析了材料的细观损伤失效机理,并基于所得应力应变曲线预测了材料的拉伸强度。数值结果与试验结果基本吻合,说明了损伤预测模型的合理有效性。

关键词：三维五向编织复合材料界面脱粘失效机理强度预测

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推进剂/包覆层界面脱粘率相关特性研究

航空学报 2015年第12期36卷 3861-3867页

作者：余家泉许进升陈雄周长省贾登李宏文南京理工大学机械工程学院南京210094 晋西工业集团有限责任公司太原030027

固体火箭发动机(SRM)装药包覆界面性能对发动机安全工作意义重大。为研究改性双基(CMDB)推进剂/三元乙丙(EPDM)包覆层界面在不同受载速率下的脱粘情况,采用双悬臂梁(DCB)试件对包覆粘接界面进行了界面脱粘性能试验研究,获取了脱粘界面... 详细信息

固体火箭发动机(SRM)装药包覆界面性能对发动机安全工作意义重大。为研究改性双基(CMDB)推进剂/三元乙丙(EPDM)包覆层界面在不同受载速率下的脱粘情况,采用双悬臂梁(DCB)试件对包覆粘接界面进行了界面脱粘性能试验研究,获取了脱粘界面扩展过程中的加载点载荷-位移曲线。同时,构建了界面率相关内聚力模型(CZM),并采用Hooke_Jeeves优化算法反演识别出相关模型参数。通过对比多阶段加载实验及仿真结果曲线验证了模型的可靠性,结果表明,二者变化趋势基本一致,最大误差小于15%,所得结论对固体火箭发动机装药界面脱粘研究具有一定参考价值。

关键词：固体火箭发动机界面脱粘率相关内聚力模型有限元方法参数反演识别

含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究

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复合材料学报 2002年第2期19卷 80-84页

作者：白瑞祥陈浩然大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

本文作者基于“zig- zag”模型和 Mindlin一阶剪切变形板理论 ,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式 ,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂... 详细信息

本文作者基于“zig- zag”模型和 Mindlin一阶剪切变形板理论 ,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式 ,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征 ,分别提出了分层模型和多标量损伤模型 ,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton- Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论 ,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。

关键词：表板基体开裂损伤非线性稳定性非线性屈曲性态力学性能界面脱粘复合材料夹层板

改进的Mori-Tanaka法在复合推进剂非线性界面脱粘中的应用

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固体火箭技术 2011年第1期34卷 67-70页

作者：刘承武阳建红陈飞第二炮兵工程学院西安710025

针对复合固体推进剂基体的大变形和界面的脱粘问题,对Mori-Tanaka法进行了改进。同时,为验证该方法的有效性,针对推进剂颗粒随机填充的特点,提出了一种含非线性界面脱粘的数值方法。最后以某推进剂配方为算例,对2种方法的计算结果进行... 详细信息

针对复合固体推进剂基体的大变形和界面的脱粘问题,对Mori-Tanaka法进行了改进。同时,为验证该方法的有效性,针对推进剂颗粒随机填充的特点,提出了一种含非线性界面脱粘的数值方法。最后以某推进剂配方为算例,对2种方法的计算结果进行了比较。结果表明,2种方法结果接近,从而验证了改进的Mori-Tanaka法的有效性,且改进的Mori-Tanaka法计算量小,极大地提高了计算效率。

关键词：复合固体推进剂改进的Mori-Tanaka法数值仿真界面脱粘

有界面脱粘时颗粒增强金属基复合材料的弹塑性性能分析

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材料工程 2006年第Z1期34卷 366-369,373页

作者：姜芳宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

基于Mori-Tanaka理论和Eshelby等效夹杂理论,假定基体和增强相界面结合完好,推导出在力的边界条件下两相复合材料各组成相的应力、应变以及复合材料的体平均应变和应力,并考虑了基体和增强颗粒热膨胀系数引起的热应变以及各相塑性应变... 详细信息

基于Mori-Tanaka理论和Eshelby等效夹杂理论,假定基体和增强相界面结合完好,推导出在力的边界条件下两相复合材料各组成相的应力、应变以及复合材料的体平均应变和应力,并考虑了基体和增强颗粒热膨胀系数引起的热应变以及各相塑性应变的影响。在此基础上,假定基体和复合材料均为各向同性材料,颗粒仅产生弹性变形,基体产生弹塑性变形且满足Mises屈服准则和等向强化准则,由颗粒所受的拉应力控制界面的脱粘,脱粘概率由Weibull分布函数来描述,脱粘后的颗粒等效为孔洞,采用割线模量法讨论了球形颗粒增强金属基复合材料有界面脱粘时的弹塑性性能,理论预测与实验结果吻合较好。

关键词：颗粒增强金属基复合材料界面脱粘弹塑性性能