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基于超声引导的微细Z-pin植入系统

浙江大学学报（工学版） 2023年第4期57卷 657-665,692页

作者：费少华丁会明汪海晋李江雄浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室浙江杭州310027

为了减少传统Z-pin增强工艺对复合材料层合板造成的面内性能损伤,提出超声引导直径为0.11 mm的微细Z-pin自动植入工艺.根据超声引导微细Z-pin植入原理,设计开发自动植入系统.根据Z-pin植入力特性,综合夹心式压电换能器的设计理论,设计... 详细信息

为了减少传统Z-pin增强工艺对复合材料层合板造成的面内性能损伤,提出超声引导直径为0.11 mm的微细Z-pin自动植入工艺.根据超声引导微细Z-pin植入原理,设计开发自动植入系统.根据Z-pin植入力特性,综合夹心式压电换能器的设计理论,设计纵振型超声振子,利用有限元仿真软件对超声振子进行模态及谐波响应分析,实测超声振子阻抗与振幅特性,得到谐振频率为70.0624 kHz,振幅为2.578μm,与仿真结果一致.搭建超声引导植入系统,对微细Z-pin增强复合材料层合板进行面内拉伸、压缩性能及层间断裂韧性测试.结果表明,对于体积分数为0.2%、直径为0.11 mm的微细碳纤维Z-pin增强复合材料层合板,拉伸、压缩强度分别下降1.6%和3.4%,Ⅰ型层间断裂韧性可以提升14.4倍.

关键词：微细Z-pin 复合材料层合板超声振动面内损伤层间断裂韧性

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基于疲劳寿命的复合材料舱体分级优化分析

推进技术 2013年第11期34卷 1549-1556页

作者：高海朋刘猛王浚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

为构建三维应力状态复材结构疲劳寿命模型,提出由刚性元和弹簧元来模拟层间作用,结合二维板元构建三维有限元模型。借助典型应力比下的疲劳试验结果和损伤模型,结合等寿命曲线转化理论,发展一种任意应力比下的疲劳寿命分析方法。引入复... 详细信息

为构建三维应力状态复材结构疲劳寿命模型,提出由刚性元和弹簧元来模拟层间作用,结合二维板元构建三维有限元模型。借助典型应力比下的疲劳试验结果和损伤模型,结合等寿命曲线转化理论,发展一种任意应力比下的疲劳寿命分析方法。引入复合累积损伤建立多轴循环应力下的疲劳寿命模型。借助应力分析、静强度和疲劳累积损伤失效分析及材料性能退化模型,模拟面内和层间损伤产生、发展直至整体破坏过程,得到疲劳寿命。通过层合板疲劳寿命预测值和试验结果对比,验证所建模型的正确性。考虑设计变量空间复杂性,采用二级优化方法:系统级布局优化和子系统级尺寸优化。采用自适应遗传算法,以质量最小为目标函数,以疲劳寿命要求为约束条件,对复材舱体进行优化。建立基于多轴应力疲劳寿命的复材结构优化框架,为复材结构优化设计提供参考。

关键词：疲劳寿命三维模型多轴应力分级优化面内损伤层间损伤

弯曲载荷下复合材料抽油杆渐进损伤失效行为研究

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弯曲载荷下复合材料抽油杆渐进损伤失效行为研究

作者：刘振宇中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

复合材料凭借其高强、质轻、耐腐、抗磨的特点已经在航空、航天、能源、化工、机械、建筑等领域取得了广泛应用,具有广阔的发展前景。复合材料抽油杆凭借其优良的性能和经济性开始在各大油田投入使用,为实现大规模的生产与应用,其在载... 详细信息

复合材料凭借其高强、质轻、耐腐、抗磨的特点已经在航空、航天、能源、化工、机械、建筑等领域取得了广泛应用,具有广阔的发展前景。复合材料抽油杆凭借其优良的性能和经济性开始在各大油田投入使用,为实现大规模的生产与应用,其在载荷作用下的失效行为及机理需要进行深入研究。本文以复合材料抽油杆为研究对象,对其在弯曲载荷作用下面内和层间的失效行为进行了研究,从而为复合材料抽油杆的优化设计及实际应用提供了一定的理论指导。本文的主要结论如下:(1)将各向异性本构模型、基于应变的Chang-Chang损伤起始准则、连续线性损伤演化模型、单元删除准则、基于断裂能的内聚力模型和B-K准则等相结合,编制用户自定义材料VUMAT子程序,实现了复合材料抽油杆渐进损伤失效的数值计算。通过显微观察及工艺计算,确定了结构参数并建立了复合材料抽油杆有限元模型,参照国家标准进行三点弯曲实验,将计算结果与实验结果相对比,载荷位移曲线与宏观失效形貌均吻合良好,验证了有限元计算模型的正确性。(2)分析了复合材料抽油杆面内和层间的应力和损伤的分布及演化,对其失效行为进行了深入研究和定量描述。在加载过程中,粘结层主要受剪切应力S12和S23的影响发生分层失效;纤维方向应力的分布与演化能够很好的表征抽油杆面内失效过程。在弯曲载荷下复合材料抽油杆的失效顺序为:外层玻纤基体开裂、粘结层裂纹萌生、外层玻纤纤维断裂、粘结层脱粘、缠绕层失效、内层碳纤失效。(3)讨论了结构参数对复合材料抽油杆的失效行为的影响。内层碳纤直径的增加导致杆件抗弯刚度和极限载荷增大、极限位移降低;面内与层间损伤失效位移均逐渐降低。缠绕层数量的增加导致杆件抗弯刚度降低,铺层数量过多时极限载荷和极限位移出现突降趋势;面内及层间各失效位移均在一层时取得最大值。缠绕层厚度的增加导致杆件抗弯刚度、极限载荷、极限位移、基体和纤维失效位移均呈降低趋势;层间各失效行为变化不大,在保证工艺质量的前提下选择薄层缠绕较为理想。缠绕层角度的增加导致杆件抗弯刚度、极限载荷呈递减趋势,极限位移、基体和纤维失效位移先升高后降低;层间的损伤起始位移大致呈线性递增,裂纹萌生和脱粘失效位移基本保持不变,缠绕角度取40°较为理想。

关键词：复合材料抽油杆面内损伤层间损伤数值模拟

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复合材料加筋壁板长桁蒙皮剥离失效分析

民用飞机设计与研究 2018年第2期 59-63页

作者：陈亚军上海飞机设计研究院

为了研究复合材料加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和Cohesive单元建立了有限元模型。在该模型中,采用Hashin准则预测面内损伤,而对于蒙皮与长桁缘条之间脱胶损伤的起始与扩展,则采... 详细信息

为了研究复合材料加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和Cohesive单元建立了有限元模型。在该模型中,采用Hashin准则预测面内损伤,而对于蒙皮与长桁缘条之间脱胶损伤的起始与扩展,则采用Cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板蒙皮与长桁在纯弯载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,本文建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,并且能较好地预测该结构的剥离强度。

关键词：复合材料加筋壁板面内损伤 cohesive单元脱胶剥离

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复合材料层压板圆角区面外受载失效分析

民用飞机设计与研究 2018年第3期 113-117页

作者：陈亚军上海飞机设计研究院上海201210

为了研究复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于圆角区分层损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模... 详细信息

为了研究复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于圆角区分层损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明:本文建立的有限元分析模型能较好地模拟复合材料层压板圆角区在面外载荷作用下的失效过程,并且能较好地预测该结构的承载能力。

关键词：复合材料层压板圆角区面内损伤 cohesive单元分层

编织复合材料损伤破坏分析的裂纹带模型与参数获得方法研究

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编织复合材料损伤破坏分析的裂纹带模型与参数获得方法研究