陈悦
,
朱锡
,
李华东
,
朱子旭
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.001
为研究复合材料夹芯梁在轴压作用下的屈曲、后屈曲特性及承载能力，进行了试验研究与有限元仿真。首先，开展了系列复合材料夹芯梁屈曲特性试验，研究了铺层比例、梁长度、表层厚度及芯层厚度等因素对其屈曲、后屈曲破坏模式及极限承载的影响；然后，基于非线性屈曲理论，采用三维内聚力界面单元模拟面芯脱粘，并引入初始预变形及材料损伤准则对复合材料夹芯梁在轴压下的屈曲特性及极限承载进行仿真研究。结果显示：界面脱粘是屈曲破坏的重要模式；仿真计算的极限承载与试验结果相比，误差控制在10%以内。所得结论表明该方法可有效预报复合材料夹芯梁的后屈曲路径、破坏模式及极限承载。
关键词:
复合材料
,
夹芯梁
,
屈曲
,
破坏模式
,
承载能力
陈悦
,
朱锡
,
李华东
,
朱子旭
玻璃钢/复合材料
为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采用ABAQUS有限元软件对结构模型进行分析,得到不同载荷下的应变规律;最后,将有限元计算结果与试验结果进行对比,轴向刚度误差为10.69％,测点应变值最大误差为12.88％,表明该方法可用于缠绕复合材料夹芯圆柱壳计算,为复合材料夹芯圆柱壳的设计应用提供指导.
关键词:
缠绕
,
复合材料
,
夹芯圆柱壳
,
轴压试验
陈悦
,
朱锡
,
朱子旭
,
李华东
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2017.07.023
为探究穿透裂缝对复合材料缠绕圆柱壳承载能力及失效模式的影响,首先开展不同壁厚含预裂缝复合材料缠绕圆柱壳轴向压缩试验.对于A系列厚壁圆柱壳,裂缝导致承载能力下降53.96%,失效模式由局部屈曲转化为裂缝扩展、脆性断裂;而B系列薄壁圆柱壳均发生局部屈曲,裂缝使承载能力下降12.59%.其次,采用有限元软件ABAQUS 6.14,基于非线性RIKS算法,建立轴压作用下含预裂缝复合材料圆柱壳极限承载能力计算模型,通过引入Hashin失效准则及损伤演化判据,预测结构渐进破坏模式及极限荷载.数值结果与试验数据吻合良好,最大误差为7.01%,验证了数值算法的可靠性.在此基础上,探讨裂缝方向、缠绕角度对含预裂缝复合材料圆柱壳极限承载的影响,可知:对于±55°螺旋铺层复合材料圆柱壳,随裂缝角度α增加,极限承载能力先升高再降低,当α=45°时,具备最大承载能力;对于含开缝角α=15°、45°、55°缠绕圆柱壳,随缠绕角θ增加,其承载能力呈先上升后下降趋势.且开缝角越小,缠绕角度对极限荷载的影响越大,当缠绕角θ=30°时,达到最大承载能力.
关键词:
复合材料
,
缠绕圆柱壳
,
裂缝
,
失效模式
,
极限荷载
陈悦
,
李华东
,
朱锡
,
朱子旭
宇航材料工艺
doi:10.12044/j.issn.1007-2330.2017.03.006
以平衡型稳定网络为约束条件,以等强度和提高临界失稳载荷为设计目标,对夹层复合材料圆柱壳体的缠绕表层进行了优化研究.首先,基于等强度设计,得到表层的最优缠绕方式为螺旋加环型缠绕,且螺旋缠绕角应满足α≤54.7°;其次,以结构强度及稳定性为双重指标,采用ABAQUS建立有限元模型,求解不同长径比的夹层复合材料圆柱壳的最优螺旋缠绕角αopt.研究发现:当长径比0.5≤η≤3时,随η增加,表层的最优缠绕方式从单一螺旋加环型缠绕过渡至纵向铺放加环向缠绕,且最大临界失稳载荷Pcr近似呈二次递减关系.该优化方法不仅可达到轻量化要求,而且满足结构强度和稳定性双重指标.
关键词:
复合材料
,
缠绕
,
夹层圆柱壳
,
优化
