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滨州学院学报 2022年第4期38卷 14-19页

作者：董正宝刘梁于立国苏洲陈中傲黄晓明安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 山东福莱特无人机制造有限公司山东淄博255035 滨州学院机电工程学院山东滨州256603

基于损伤失效模型,对碳纤维复合材料层合板的钻削过程进行有限元建模。通过钻削过程分析,将钻削历程分为钻入、稳削和钻出三个阶段,分析了钻削轴向力变化规律。研究表明,稳态钻削时平均钻削力为266.5 N,钻入和钻出过程钻削力变化斜率分... 详细信息

基于损伤失效模型,对碳纤维复合材料层合板的钻削过程进行有限元建模。通过钻削过程分析,将钻削历程分为钻入、稳削和钻出三个阶段,分析了钻削轴向力变化规律。研究表明,稳态钻削时平均钻削力为266.5 N,钻入和钻出过程钻削力变化斜率分别为0.62 N/s和-1.77 N/s。分析钻削过程树脂破坏和纤维破坏过程,发现其形貌主要受刀具横刃和切削刃影响,树脂与纤维应力呈圆形和十字形分布,最大损伤应力分别为191 MPa和1450 MPa;最后对钻入口与钻出口破坏程度进行分析,结果表明钻出口撕裂程度明显大于钻入口。

关键词：航空复材损伤失效模型钻削有限元分析

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GISSMO损伤失效模型对金属材料失效的预测

GISSMO损伤失效模型对金属材料失效的预测

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第十七届中国CAE工程分析技术年会

作者：陈永发范雁飞刘俊鲁宏升上海恒士达科技有限公司

本文主要阐述一种基于应力状态的损伤失效模型（GISSMO）对金属材料失效的预测,GISSMO在预测材料成形和碰撞分析中显著提高了预测失效的精度。该模型具有以下的特点:依赖于当前应力状态的失效曲线进行损伤的累计,损伤变量是一个考虑了... 详细信息

本文主要阐述一种基于应力状态的损伤失效模型（GISSMO）对金属材料失效的预测,GISSMO在预测材料成形和碰撞分析中显著提高了预测失效的精度。该模型具有以下的特点:依赖于当前应力状态的失效曲线进行损伤的累计,损伤变量是一个考虑了非线性加载的标量值,当损伤变量达到1时材料失效;同时考虑了材料局部的不稳定性,通过一条与当前应力状态相关的曲线对材料的局部不稳定性进行预测,当不稳定因子为1时,应力张量开始于损伤变量进行耦合。在宏观上反映出超过临界区域后（即应变局部化到断裂产生）对应力的影响。在模拟材料的行为时,网格的虚假依赖性也是需要考虑的,因此引入了与网格相关的缩放曲线（正则化曲线）,对不同的网格尺寸时的失效曲线进行缩放,以弥补网格尺寸对失效的影响。本文对汽车中使用的钢板进行了不同应力状态的实验,并使用GISSMO损伤失效模型对该材料的失效进行预测,展现出GISSMO在预测塑性材料失效时的可靠性。

关键词：应力状态损伤失效模型损伤变量正则化曲线

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碳纤维增强复合板钻削工艺的有限元建模研究

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现代制造工程 2021年第9期 68-76页

作者：王金宇游珠杰辛泰阿宋世彬邵一川福州大学机械工程及自动化学院金属橡胶工程研究中心福州350116

为探究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)钻削加工缺陷形成原因以及工艺参数对钻削质量影响规律,基于改进的Hashin模型建立了复合板材纤维相和基体相的材料本构模型及损伤失效模型,并将其编写为VUMAT用户自定... 详细信息

为探究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)钻削加工缺陷形成原因以及工艺参数对钻削质量影响规律,基于改进的Hashin模型建立了复合板材纤维相和基体相的材料本构模型及损伤失效模型,并将其编写为VUMAT用户自定义材料子程序嵌入到CFRP复合板材钻削有限元模型,分析了纤维取向、钻头外形、钻头进给速率以及钻头转速对钻削质量与钻削力的影响。研究结果表明:使碳纤维取向多样化可提高钻削质量和板材强度;相较于标准直柄钻头和螺旋线钻头,锥头直柄钻头具有更优异的钻削性能;当纤维取向和钻头外形一定时,采用较低钻头进给速率和适中钻头转速可在一定程度上提高钻削质量。

关键词：碳纤维增强复合材料纤维取向钻削加工损伤失效模型

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复合材料层合结构的低速冲击损伤破坏行为研究

复合材料层合结构的低速冲击损伤破坏行为研究

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作者：江剑广州大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)具有高比强度和比模量、良好的耐腐蚀和耐久性能、可设计性强等优点,已在交通工程、航空航天和土木建筑等领域得到了广泛应用。然而,复合材料产品在实际应用中经常需要承受低速冲击荷载... 详细信息

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)具有高比强度和比模量、良好的耐腐蚀和耐久性能、可设计性强等优点,已在交通工程、航空航天和土木建筑等领域得到了广泛应用。然而,复合材料产品在实际应用中经常需要承受低速冲击荷载,而复合材料的抗冲击性能欠佳,受到低速冲击的复合材料结构很容易产生极具安全隐患的内部损伤,甚至是直接发生破坏。因此,复合材料层合结构在低速冲击下的损伤破坏行为,受到了人们的密切关注。本文通过对现有的复合材料损伤失效理论进行梳理和总结,提出了一种描述复合材料在低速冲击下损伤失效的本构模型,并基于试验和仿真模拟,验证了所提出的损伤失效模型的可靠性,研究并揭示了复合材料层合结构在低速冲击下的损伤破坏规律。本文的主要研究内容如下:(1)建立了纤维增强复合材料的低速冲击损伤失效模型,并基于数值模拟研究了层合板的低速冲击损伤。现有的复合材料低速冲击损伤失效模型中,大多只考虑了纵向纤维拉伸失效、纵向纤维压缩失效、横向基体拉伸失效和横向基体压缩失效四种失效模式。然而,复合材料层合结构在受到面外冲击荷载时,其厚度方向的压缩应力可能超过其对应的压缩强度,从而产生厚度方向的压缩失效。因此,本文分别建立并对比了不考虑和考虑面外厚度方向压缩失效模式的两种复合材料损伤失效模型,研究了厚度方向压缩失效模式对复合材料层合结构低速冲击响应分析准确性的影响,对比试验结果表明,考虑厚度方向压缩失效模式的损伤失效模型在预测冲击力-时间/位移响应曲线、层合板吸能和冲击损伤等方面比没有考虑厚度方向的压缩失效模式的损伤失效模型更接近试验情况,因此更适合用来分析复合材料层合结构的低速冲击响应。此外,本文基于数值模拟研究了层合板的低速冲击损伤,基于考虑面外厚度方向压缩失效的损伤失效模型的分析结果表明,在冲击过程中层合板产生了沿厚度方向的压缩损伤,且损伤主要集中于靠近冲击正面的铺层;对于0°和90°正交铺层的复合材料层合板,在靠近冲击正面的铺层,其纵向纤维拉伸和横向基体拉伸损伤主要在围绕层合板中心位置的环形区域产生和发展。(2)通过研究复合材料层合板的低速冲击频率响应,揭示了结构频率与层合板冲击损伤之间的联系,提出了一种评估层合板抗冲击性能的新方法。本文进行了层合板的低速冲击前后的模态试验,尝试得到频率响应规律来评估冲击过程对结构造成的损伤。结果表明,与现有的“凹坑深度-冲击能量”曲线存在拐点类似,冲击后复合材料层合板的“剩余频率-冲击能量”曲线同样存在拐点,且拐点位置与前者的位置基本相同。因此,本文提出了基于剩余频率来确定冲击能量曲线的拐点位置,进而以拐点处的性能来表征层合板的抗冲击行为(包括冲击阻抗和损伤容限)的新方法。(3)复合材料摇枕安全吊的低速冲击损伤破坏行为研究。摇枕安全吊是一个安装于列车转向架上的部件,其主要功能是在摇枕和托梁发生脱落时可承载其冲击力,避免二者直接掉落在铁轨上而致使列车发生脱轨甚至倾覆事故。因此,安全吊是保证列车安全的重要部件,它主要承受摇枕和托梁掉落时的随机冲击荷载。本文构建了复合材料安全吊的低速冲击有限元模型,并基于仿真模拟研究了两种铺层角度([0]和[0/90/0/90/0])的复合材料安全吊在不同螺栓预紧力(0 kN、5 kN和20 kN)下的低速冲击损伤破坏行为。结果表明,在合适的范围内增大螺栓预紧力有助于防止安装孔周围裂纹的产生,从而提高安全吊在低速冲击荷载下的安全性能;安全吊受冲击时的危险位置位于靠近安全吊的弧形弯折处,以及安全吊与冲击块的接触位置;铺层为[0]的安全吊比铺层为[0/90/0/90/0]的安全吊具有更好的抗冲击性能。

关键词：纤维增强复合材料低速冲击损伤失效模型列车安全吊剩余频率

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AISI 4140钢合金的疲劳损伤表征

AISI 4140钢合金的疲劳损伤表征

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北京力学会第二十七届学术年会

作者：杨兆然梁立红北京化工大学

针对AISI 4140合金的疲劳损伤行为,基于泰勒展开的损伤失效模型,计算得到了构件的损伤系数,刻画了构件在不同加载条件下裂纹扩展速率和加载循环次数的关系。构件裂纹的扩展速率在接近损伤点时急剧增大,由损伤失效模型表征了构件的疲劳... 详细信息

针对AISI 4140合金的疲劳损伤行为,基于泰勒展开的损伤失效模型,计算得到了构件的损伤系数,刻画了构件在不同加载条件下裂纹扩展速率和加载循环次数的关系。构件裂纹的扩展速率在接近损伤点时急剧增大,由损伤失效模型表征了构件的疲劳损伤特征,构件的损伤演化与损伤失效模型具有一致性。得出了构件的裂纹扩展速率符合-0.5的幂律奇异性。

关键词：疲劳损伤损伤失效模型裂纹扩展

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