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陶瓷基复合材料基体裂纹偏转能量释放率研究

航空动力学报 2007年第10期22卷 1730-1736页

作者：张鸿宋迎东南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

采用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算了基体裂纹在界面处不同传播路径的能量释放率,并结合基于能量释放率的裂纹偏转准则对陶瓷基复合材料基体裂纹偏转进行了研究.计算了弹性错配参数α和β、基体裂纹扩展长度a、基体裂纹相对扩展长度ad/ap对... 详细信息

采用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算了基体裂纹在界面处不同传播路径的能量释放率,并结合基于能量释放率的裂纹偏转准则对陶瓷基复合材料基体裂纹偏转进行了研究.计算了弹性错配参数α和β、基体裂纹扩展长度a、基体裂纹相对扩展长度ad/ap对裂纹偏转的影响,并将VCCT计算结果与积分法的计算结果进行比较.结果表明:VCCT能够准确计算基体裂纹扩展时的能量释放率,计算结果可为研究陶瓷基复合材料失效机制提供一定参考.

关键词：航空、航天推进系统裂纹偏转虚裂纹闭合技术陶瓷基复合材料能量释放率

复合材料界面裂纹尖端应变能释放率及模态混合度计算

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固体火箭技术 2009年第2期32卷 210-213页

作者：范学领孙秦菊池正纪西北工业大学航空学院西安710072 东京理科大学理工学部东京理科大学理工学部

为了准确预测复合材料层合板分层扩展及疲劳损伤,应用改进的虚裂纹闭合技术计算复合材料分层尖端处应变能释放率及模态混合度。首先介绍了改进的虚裂纹闭合技术,然后将其应用到重合网格法中,求得了分层尖端处总应变能释放率,并提取了各... 详细信息

为了准确预测复合材料层合板分层扩展及疲劳损伤,应用改进的虚裂纹闭合技术计算复合材料分层尖端处应变能释放率及模态混合度。首先介绍了改进的虚裂纹闭合技术,然后将其应用到重合网格法中,求得了分层尖端处总应变能释放率,并提取了各模态下的应变能释放率分量。最后利用某界面裂纹模型验证了该方法计算应变能释放率、模态混合度及提取应变能释放率分量的有效性。

关键词：模态混合度虚裂纹闭合技术应变能释放率分层

具有短纤维增韧界面的复合材料夹芯梁断裂机制的实验和数值研究

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复合材料学报 2011年第1期28卷 172-177页

作者：孙士勇王灿陈浩然大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

对界面含短纤维的复合材料夹芯梁增韧特性进行了实验和数值研究。采用真空辅助树脂注射工艺制成复合材料夹芯梁,并测定了含增强与未增强复合材料夹芯梁的界面断裂韧性。基于单根短纤维在界面裂纹扩展时其剥离和拔出过程产生的能量耗散,... 详细信息

对界面含短纤维的复合材料夹芯梁增韧特性进行了实验和数值研究。采用真空辅助树脂注射工艺制成复合材料夹芯梁,并测定了含增强与未增强复合材料夹芯梁的界面断裂韧性。基于单根短纤维在界面裂纹扩展时其剥离和拔出过程产生的能量耗散,建立了相应的细观模型。然后,假设短纤维在界面内随机均匀分布,得到在单位面积下短纤维能量耗散的宏观表达式。在宏观尺度上,建立了用于界面裂纹扩展分析的双悬臂梁有限元模型,通过引入非线性弹簧单元,以反映界面短纤维所产生的桥联特征,并采用虚裂纹闭合技术计算了裂纹尖端的能量释放率。通过典型复合材料夹芯梁断裂分析和参数讨论,证实了本文中提出的随机分布细观模型预测短纤维耗散能量的有效性。实验及数值结果表明,在复合材料夹芯结构界面中引入短纤维将是一种提高其界面断裂韧性的有效措施。

关键词：复合材料夹芯梁界面增韧短纤维均匀分布虚裂纹闭合技术

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重合网格法在复合材料分层问题中的应用

宇航材料工艺 2008年第5期38卷 17-20页

作者：范学领孙秦菊池正纪西北工业大学航空学院西安710072 东京理科大学理工学部日本千叶278-8510

使用重合网格法(S-FEM)分析了混合模态下CFRP层合板分层问题。首先将虚裂纹闭合技术集成到S-FEM程序中,求解了复合材料分层尖端处的应变能释放率。然后把重合网格法数值结果与基于梁理论的计算结果及实验数据进行了比较。结果表明,对于... 详细信息

使用重合网格法(S-FEM)分析了混合模态下CFRP层合板分层问题。首先将虚裂纹闭合技术集成到S-FEM程序中,求解了复合材料分层尖端处的应变能释放率。然后把重合网格法数值结果与基于梁理论的计算结果及实验数据进行了比较。结果表明,对于单方向及多方向CFRP复合材料层合板,重合网格法都能够得到更精确的数值,是一种有效的计算复合材料裂纹尖端应变能释放率的方法。

关键词：重合网格技术应变能释放率虚裂纹闭合技术分层

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含分层损伤复合材料层合板疲劳分层扩展研究

含分层损伤复合材料层合板疲劳分层扩展研究

作者：熊伟华南京航空航天大学

学位级别：硕士

复合材料层合板由于其优越的力学性能，在航空、航天领域已得到广泛的应用。然而层合板在制造或者使用过程中经常出现以层间分层、纤维断裂、基体开裂等形式的损伤，严重影响了结构的承载能力和安全使用寿命。目前，针对复合材料层合板... 详细信息

复合材料层合板由于其优越的力学性能，在航空、航天领域已得到广泛的应用。然而层合板在制造或者使用过程中经常出现以层间分层、纤维断裂、基体开裂等形式的损伤，严重影响了结构的承载能力和安全使用寿命。目前，针对复合材料层合板分层扩展的研究主要集中在静力载荷作用下力学性能分析。为了提高复合材料层板的应用水平和效率，亟需开展对含初始损伤复合材料层合板疲劳性能的研究。本文针对含分层损伤复合材料层合板，基于ABAQUS有限元分析平台，建立了预测含分层损伤复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下分层扩展的有限元模型。该模型采用基于Mindlin一阶剪切理论的连续壳单元，分析了含穿透分层复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下的分层扩展行为。利用累积损伤理论，对层板内出现的各种典型损伤进行相应的刚度折减，并在循环加载过程中对材料性能进行强度弱化。利用虚裂纹闭合技术（VCCT）计算分层前缘处的能量释放率，结合混合断裂判据判断分层是否扩展，进而得到压缩疲劳载荷作用下分层扩展规律。计算模型通过大型商用有限元软件和自编程序实现。通过对数值仿真结果和试验结果比较，验证了模型的合理性和准确性。最后讨论了最大应力幅值、初始分层长度、初始分层位置等相关参数对分层疲劳扩展速率的影响。

关键词：复合材料层合板分层损伤能量释放率分层扩展虚裂纹闭合技术

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含裂纹铆接结构连接件的数值分析

含裂纹铆接结构连接件的数值分析

作者：郭迎新大连理工大学

学位级别：硕士

铆接连接是目前工程结构中广泛应用的一种主要机械连接形式之一。由于在铆钉处存在应力集中，随着工程结构的老龄化，在铆钉附近将出现疲劳裂纹，这些裂纹在扩展到一定程度后会致使结构发生突然破坏，从而有可能导致灾难性的后果。本文... 详细信息

铆接连接是目前工程结构中广泛应用的一种主要机械连接形式之一。由于在铆钉处存在应力集中，随着工程结构的老龄化，在铆钉附近将出现疲劳裂纹，这些裂纹在扩展到一定程度后会致使结构发生突然破坏，从而有可能导致灾难性的后果。本文针对这类含裂纹铆接结构建立了基于板单元的有限元模型，计算其在面内拉伸载荷作用下的应力强度因子并通过参数分析来考察影响其损伤容限设计的主要因素。一般地，铆接连接件在几何上是反对称或不对称的，因此在面内拉伸载荷作用下会由于载荷偏心或结构不连续而产生弯曲变形。为了简化分析，在工程上一般忽略了弯曲变形，将其简化为一个平面问题进行分析和结构设计。本文采用四结点板单元，结合铆钉单元、接触单元，建立了针对铆接搭接及铆接对接两种典型结构的有限元模型，并考虑了搭接或对接区内的接触问题，通过参数分析研究了铆接搭接和对接结构在拉伸载荷下的弯曲效应及其对面内位移的影响，利用虚裂纹闭合技术(VCCT)计算裂纹尖端总能量释放率和应力强度因子，进而分析对含裂纹铆接结构的损伤容限，根据对无损铆接连接结构的参数分析及含裂纹铆接连接结构采用板模型与平面模型所得结果的对比，得出了以下主要结论：1．对于两种典型铆接连接结构调整总长度及板厚或改变边界条件对最大形变有一定程度的影响，但是对应力强度因子的影响很小，可以忽略其影响。2．对于含裂纹铆接对接连接结构采用平面模型和板模型所得的应力强度因子的随裂纹增长变化趋势是一致的，但最大应力强度因子差异较大，采用板模型所得最大应力强度因子要大于平面模型所得结果，而正是最大应力强度因子决定了裂纹是否扩展，从中可以看出采用平面模型来分析这种弯曲效应比较显著的结构是偏于危险的。

关键词： Mindlin板单元铆钉元接触元弯曲变形虚裂纹闭合技术