刘向东
,
李亚智
,
苏杰
,
丁瑞香
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2014.5.013
基于累积损伤理论对金属-复合材料单钉连接件强度和刚度进行研究.分析层合板钉孔挤压损伤后剩余刚度的变化规律,提出在挤压变形和强度计算中,针对基体和纤维压缩失效,采用相关模量先突减、然后逐渐提升的刚度修正方法.分析获得钉-孔挤压区基体和纤维压缩失效后的材料刚度(模量)参数随压缩应变量变化的规律,用来模拟连接结构的挤压强度和刚度行为,与试验结果相吻合.
关键词:
复合材料层合板
,
机械连接
,
累积损伤
,
刚度修正
杨帆
,
郑锡涛
,
李亚智
,
焦晓辉
复合材料学报
采用细观力学方法以及虚拟裂纹闭合法(VCCT)对含有Z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性进行了研究.利用有限元法建立了结构模型,采用实体单元模拟复合材料层压板结构和非线性弹簧元模拟Z-pin.通过计算应变能释放率对含有不同体积分数Z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性与不含Z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性进行了对比分析.研究表明,含有Z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性在裂纹扩展过程中受到Z-pin桥联作用的影响而显著增强,且其增强效果与Z-pin的体积分数、处在桥联区的Z-pin数目均相关,这表明Z-pin增强方法能够有效提高复合材料层压板的分层扩展阻力.
关键词:
复合材料
,
Z-pin
,
Ⅰ型断裂
,
虚拟裂纹闭合法
刘向东
,
李亚智
,
舒怀
,
刘兴科
复合材料学报
利用金属-复合材料层合板紧固件多钉连接件开展拉伸载荷下钉载分配特性的试验和有限元分析研究.试验件为一列三钉单搭接和双搭接连接件.通过应变电测技术获得连接件典型截面应变分布,再间接估算钉载分配比例.建立了试验件二维、三维有限元模型,并计算获得应变和钉载分配结果.对比发现,应变的计算值与实测值吻合,但钉载分配的计算结果与实测结果存在较大偏差.分析表明:基于表面应变测量估计钉载分配的方法不能反映连接件的附加弯矩对多钉钉载分配比例的影响；采用经过应变测量结果验证的有限元模型,通过数值计算确定钉载分配是一种可行的技术途径；而应用简化的板-梁二维有限元模型计算钉载分配可以满足工程精度要求.
关键词:
多钉连接件
,
钉载分配
,
试验
,
数值分析
,
复合材料层合板
李彪
,
李亚智
,
刘向东
,
苏杰
复合材料学报
提出了一种由刚性元和零厚度的内聚力单元组合而成的新型界面单元,该界面单元嵌在板壳结构界面之间,可用来模拟界面损伤的起始和演化,能考虑板壳的平动和转动对分层损伤的作用.该界面单元具有有限厚度,八个结点,每个结点有五个自由度,通过刚性元将板壳单元结点的位移和结点力转换到内部零厚度的内聚力单元上,界面损伤通过内聚力单元的损伤演化体现出来.采用板壳单元和新型界面单元建立有限元模型,对混合弯曲(MMB)试验和双悬臂梁(DCB)弯曲试验进行了计算模拟,计算结果能很好地模拟结构的界面损伤过程.相比传统的用内聚力单元和三维实体单元组成的模型,建模方便,在精度相当的前提下,可以使单元尺寸增大一倍,减少裂尖内聚力区域(cohesive zone)内的单元数量,缩小计算规模,提高计算效率.
关键词:
板壳结构
,
界面单元
,
界面断裂
,
内聚力模型
,
复合材料层合板
李亚智
,
郭晓波
,
黄志远
复合材料学报
为了分析层压复合材料层间特性,推导了将刚性元-弹簧元相结合的离散型界面单元的刚度矩阵.建立了层压板的准三维模型,即将Mindlin板单元应用于层压板的各子层,层间作用则利用上述界面单元来模拟.通过弯曲板元计算子层面内应力,通过界面单元的弹簧力确定层间应力.对受面内拉伸的多向层压板条进行了应力分析,与使用商业软件三维实体模型计算得到的层间和面内应力对比,结果表明准三维模型的计算结果合理.这种新型界面单元的优点是可用来表征层间损伤,并且能通过对弹簧刚度的消减来模拟分层损伤的演变.
关键词:
复合材料层压板
,
有限元
,
准三维模型
,
层间应力
,
面内应力
黄志远
,
李亚智
,
郭晓波
复合材料学报
由于层间应力的存在,受面内载荷作用的复合材料层压板实际处于多轴应力状态.构建了由刚性元、弹簧元和二维板元构成的准三维有限元模型,结合单向板在典型应力状态下的疲劳试验结果和疲劳损伤模型,发展了一种考虑三维应力的、预测任意铺层多向层压板疲劳寿命的分析方法,包括应力分析、静力和疲劳累积损伤失效分析及材料性能退化3个主要部分,能够模拟面内和层间损伤产生、发展直至层压板整体破坏的完整过程,并得到疲劳寿命.对2种T300/QY8911多向铺层板进行了实际计算,寿命预测结果与试验结果吻合较好.
关键词:
复合材料层压板
,
准三维模型
,
多轴应力
,
疲劳损伤
,
疲劳寿命
