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金属-复合材料胶接凹槽形貌增强及参数设计

复合材料学报 2023年第1期40卷 530-541页

作者：康振航雷永鹏石忠华宋权威章继峰哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

金属-复合材料混合接头广泛存在于航空、船舶及汽车等领域,具有凹槽形貌的共固化金属-复合材料接头可保持复合材料结构的完整性和纤维的连续性。在被连接金属表面设计了±45°凹槽,评估了表面形貌对钢-玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)... 详细信息

金属-复合材料混合接头广泛存在于航空、船舶及汽车等领域,具有凹槽形貌的共固化金属-复合材料接头可保持复合材料结构的完整性和纤维的连续性。在被连接金属表面设计了±45°凹槽,评估了表面形貌对钢-玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)接头胶接性能的影响,设计了单搭接拉伸剪切试验,验证胶接接头的剪切性能;在模拟中引入随机Weibull分布,定义内聚单元材料参数,结合矢量化用户材料(Vectorized user material,VUMAT)子程序模拟了接头的渐进失效过程,并建立±45°凹槽结构的代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型,分析了凹槽宽度和深度等参数对胶接接头的性能影响。研究表明,±45°凹槽结构可以显著提高钢-GFRP胶接接头的剪切强度,数值模拟强度和破坏模式与试验吻合;凹槽深度和宽度对结构胶接性能的影响显著,本文可为金属-复合材料接头的设计提供参考。

关键词：胶接沟槽结构内聚单元随机分布代表性体积单元(RVE)

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复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效表征

复合材料学报 2010年第5期27卷 150-155页

作者：孔斌叶强陈普会柴亚南南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 中国飞机强度研究所西安710065

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对后屈曲诱发的复合材料整体加筋板的缘条/蒙皮界面的失效进行了分析。基于有限元结果,提出了缘条/蒙皮界面内力的提取方法并研究了其变化规律。为了研究缘条/蒙皮刚度比对界面失效的影响以及失... 详细信息

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对后屈曲诱发的复合材料整体加筋板的缘条/蒙皮界面的失效进行了分析。基于有限元结果,提出了缘条/蒙皮界面内力的提取方法并研究了其变化规律。为了研究缘条/蒙皮刚度比对界面失效的影响以及失效时界面内力之间的关系,以缘条厚度为参数进行参数化建模,给出了界面脱胶的失效准则和失效包线。最后对缘条/蒙皮厚度比和刚度比提出了设计建议。

关键词：复合材料整体加筋板后屈曲内聚单元失效表征

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弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

机械工程学报 2015年第10期51卷 33-40页

作者：樊俊铃郭杏林大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试... 详细信息

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。

关键词：疲劳裂纹内聚单元裂纹扩展速率应力强度因子

水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂分析方法研究

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水利学报 2021年第1期52卷 21-33页

作者：周利苏凯汪洋张妍珺朱洪泽伍鹤皋武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 长江勘测规划设计研究院湖北武汉430010

引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面,以反映缝隙的位移非连续特征以及内部压力水体的流动特性。结合渗流-应力间接耦合方法,提出了水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法,探究了衬砌裂缝发展历程、裂缝宽度演... 详细信息

引入具有水力耦合属性的内聚单元模拟衬砌裂缝、衬砌-围岩交界面,以反映缝隙的位移非连续特征以及内部压力水体的流动特性。结合渗流-应力间接耦合方法,提出了水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂算法,探究了衬砌裂缝发展历程、裂缝宽度演化以及缝隙内部水压力传递特征等,并基于此系统分析了衬砌-围岩有条件联合承载特性的影响。计算分析表明,隧洞充水加压过程中,衬砌裂缝促发与扩展过程短暂且密不可分,随之缝内水压力突增、内水外渗效应加剧;衬砌开裂后,缝内水压力沿衬砌径向的降低幅度非常小,量值较为接近于内水压力。有条件联合承载情况下,衬砌裂缝与衬砌-围岩交界面间隙所形成的水体流动通道可以起到传导水压力的作用,使得衬砌外水压力分布更为均匀;衬砌裂缝相对稳定,并且呈现数量少、间距大的分布特点,与衬砌压水试验结果更为吻合。

关键词：水工隧洞钢筋混凝土衬砌水压致裂内聚单元有条件联合承载

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复合材料加筋板长桁终止端研究

复合材料加筋板长桁终止端研究

作者：周凯华南京航空航天大学

学位级别：硕士

由于设计要求或设计限制条件，壁板的长桁常常在翼肋或机身框附近、机翼的前后梁附近、机翼与机身的开口附近、机翼的油箱附近等部位终止。在面内载荷作用下，截面形状突变和传载路径偏移在端头处会产生应力集中，极易引起缘条/蒙皮界... 详细信息

由于设计要求或设计限制条件，壁板的长桁常常在翼肋或机身框附近、机翼的前后梁附近、机翼与机身的开口附近、机翼的油箱附近等部位终止。在面内载荷作用下，截面形状突变和传载路径偏移在端头处会产生应力集中，极易引起缘条/蒙皮界面脱胶分层。对三种构型的长桁终止端典型件在单向拉、压载荷下的破坏机理进行了试验研究。随后引入了内聚单元以模拟界面，形成了一种能有效确定长桁终止端初始断裂的快速评估方法，发现拉伸时的开裂破坏是面外剥离应力与纵法向剪应力的共同作用所致，而压缩时的开裂破坏主要是纵法向剪应力所致。为缓和端头的应力集中或者改变结构失效机理以提高起裂载荷，研究了一些长桁末端主要设计方法和长桁端头距翼肋等相邻元件的距离。

关键词：复合材料长桁终止端内聚单元脱胶分层失效机理

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复合材料加筋板损伤抑制带设计

复合材料加筋板损伤抑制带设计

作者：叶军南京航空航天大学

学位级别：硕士

复合材料加筋壁板损伤抑制带，既能抑制蒙皮损伤扩展，又提高结构的剩余强度。本文主要研究内容如下：1、首先介绍了基于Hashin准则的渐近损伤分析方法（PDA）;接着对复合材料加筋板后屈曲分析方法进行了介绍;最后介绍了基于内聚力模型... 详细信息

复合材料加筋壁板损伤抑制带，既能抑制蒙皮损伤扩展，又提高结构的剩余强度。本文主要研究内容如下：1、首先介绍了基于Hashin准则的渐近损伤分析方法（PDA）;接着对复合材料加筋板后屈曲分析方法进行了介绍;最后介绍了基于内聚力模型（CZM）的界面元。2、在轴向拉伸载荷下，采用有限元软件ABAQUS建立含椭圆孔的复合材料双筋条壁板的有限元模型，分析了此壁板蒙皮的损伤扩展，并研究了缘条下0°损伤抑制带对损伤扩展的抑制机理以及止裂效果。3、在轴向压缩载荷下，采用有限元软件ABAQUS建立含圆孔的复合材料双筋条壁板的有限元模型，分析了此壁板的特征值屈曲以及后屈曲历程中蒙皮的损伤扩展，并研究了缘条下0°损伤抑制带的损伤扩展的抑制机理以及止裂效果。4、在轴拉和轴压载荷情况下，首先研究了不同0°损伤抑制带层数对结构承载能力的影响;接着以0°损伤抑制带层数为1层和3层为例，研究了其沿着蒙皮厚度的分布对承载能力的影响;最后给出0°损伤抑制带的设计建议。

关键词：复合材料加筋板内聚单元渐进损伤分析损伤扩展损伤抑制带后屈曲

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复合材料加筋板损伤抑制带设计与分析

航空工程进展 2012年第1期3卷 64-70页

作者：叶军陈普会崔卫军李庆飞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 上海飞机设计研究院结构设计研究部上海200232

研究损伤抑制带对损伤扩展的抑制机理以及损伤止裂效果对于提高结构强度和效率具有重要意义。采用渐进损伤分析方法和有限元模型分析了抑制带对蒙皮/筋条的损伤扩展的抑制情况和发生机理;讨论了损伤抑制带数量和其沿蒙皮厚度的分布等设... 详细信息

研究损伤抑制带对损伤扩展的抑制机理以及损伤止裂效果对于提高结构强度和效率具有重要意义。采用渐进损伤分析方法和有限元模型分析了抑制带对蒙皮/筋条的损伤扩展的抑制情况和发生机理;讨论了损伤抑制带数量和其沿蒙皮厚度的分布等设计变量对结构剩余强度的影响。结果表明:0°损伤抑制带将蒙皮损伤抑制在缘条附近并维持一段加载历程,从而提高了复合材料加筋板的承载能力;蒙皮的失效应力随着0°损伤抑制带层数的增加而增加;对于相同数量的0°损伤抑制带,其沿着蒙皮厚度的不同分布对结构承载能力的影响很小。

关键词：复合材料加筋板内聚单元渐进损伤分析损伤扩展损伤抑制带

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T型复合材料长桁承载能力设计研究

纤维复合材料 2013年第2期30卷 13-17,8页

作者：吴承思李冬梅李庆飞上海飞机设计研究院结构设计研究部上海201210 哈尔滨玻璃钢研究院哈尔滨150036

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对复合材料T型长桁的缘条/蒙皮界面失效进行了分析,计算结果与试验数据吻合良好。基于有限元结果,提取了缘条/蒙皮界面内力,研究结构的失效机理。以缘条和蒙皮厚度为参数进行参数化建模,研究缘条... 详细信息

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对复合材料T型长桁的缘条/蒙皮界面失效进行了分析,计算结果与试验数据吻合良好。基于有限元结果,提取了缘条/蒙皮界面内力,研究结构的失效机理。以缘条和蒙皮厚度为参数进行参数化建模,研究缘条/蒙皮刚度比对界面失效乃至承载能力的影响。最后对缘条/蒙皮刚度比提出了设计建议。

关键词：复合材料 T型长桁内聚单元失效机理刚度比

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复合材料T型接头承载能力设计研究

民用飞机设计与研究 2012年第B11期 94-98页

作者：崔卫军李庆飞周凯华上海飞机设计研究院上海201210 南京航天航空大学南京210016

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对复合材料T型接头的缘条/蒙皮界面失效进行分析,计算结果与试验数据吻合良好。基于有限元结果,提取缘条/蒙皮界面内力,研究结构的失效机理。以缘条和蒙皮厚度为参数进行参数化建模,研究缘条/蒙... 详细信息

应用商业有限元软件ABAQUS中的内聚单元,对复合材料T型接头的缘条/蒙皮界面失效进行分析,计算结果与试验数据吻合良好。基于有限元结果,提取缘条/蒙皮界面内力,研究结构的失效机理。以缘条和蒙皮厚度为参数进行参数化建模,研究缘条/蒙皮刚度比对界面失效乃至承载能力的影响。最后对缘条/蒙皮刚度比提出设计建议。

关键词：复合材料 T型接头内聚单元失效机理刚度比