张迪
,
郑锡涛
,
孙颖
,
范献银
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2015.3.015
对比研究利用相同碳纤维、基体和相同制备工艺（RTM）加工的三维多向编织和层合板复合材料的力学性能。四种三维多向编织结构分别利用三维四向、三维五向、三维六向和三维七向编织工艺制备；三种层合复合材料利用帘子布制成，分别为0°单向板、90°单向板和层合板[0／（±45）2／90]2s。采用相同的拉伸、压缩和剪切试验方法对各类试样进行试验。结果表明：与三维编织试样相比，0°单向板的拉伸和压缩性能最高，而其他层合试样的各项性能均较低；对于编织试样，编织角越小，纵向拉伸和压缩性能越高，剪切性能越低；编织结构也是影响编织试样力学性能的重要因素。同时，对试样的破坏模式也进行了讨论，发现编织结构和编织角是影响材料破坏模式的重要因素。
关键词:
复合材料
,
三维编织
,
试验
,
力学性能
,
破坏模式
屈天骄
,
郑锡涛
,
范献银
,
郑晓霞
航空材料学报
doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.6.014
运用ABAQUS软件对复合材料层合板低速冲击下的损伤状态进行模拟,采用单一变量法,以损伤面积为表征参数,针对影响低速冲击下复合材料层合板损伤性能的诸多因素进行分析,以便在材料研制的初期预见其损伤阻抗.分层损伤是层合板低速冲击下的主要损伤形式之一,基于损伤力学、断裂力学和黏性理论,建立零厚度的三维界面单元来精确模拟层间分层.拐点是损伤阻抗的主要表征,基于试验研究和有限元模拟,在冲击力-时间曲线上计算出拐点,通过比较不同材料的拐点值,判定不同层合板的损伤阻抗.低速落锤冲击试验验证了此模型的合理性.
关键词:
冲击损伤
,
影响因素
,
材料体系
,
冲头
,
铺层序列
郑锡涛
,
孙秦
,
李野
,
柴亚南
,
曹正华
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2006.06.005
探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益.选用3种夹层结构形式,即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex蜂窝夹层结构,完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/损伤容限等7项实验研究.结果表明,泡沫芯夹层结构缝合后,显著提高了弯曲强度/质量比、弯曲刚度/质量比、面外拉伸压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI)强度和破坏应变.这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低,可以在飞机轻质机体结构设计中采用.
关键词:
复合材料
,
泡沫夹芯
,
全厚度缝合
,
结构效率
,
低成本
,
损伤容限
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
杨显昆
,
郑锡涛
,
成李南
,
杨杰
复合材料学报
将上限理论应用到复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度分析中，把连接结构的位移场划分为动态区域（层合板）和静态区域（紧固件），并认为失效发生在位移可动场和不动场之间的钉孔边受挤压部分。由于受挤压孔孔边各层应力状态不一样，受挤压孔边各层的失效区域和失效模式也各不相同。从宏观上研究复合材料层合板单钉连接孔边的失效区域和失效模式，结合上限理论提出了一种估算复合材料单钉连接挤压强度的工程算法。通过与试验结果对比，发现该方法能较好地预测出复合材料单钉双剪连接挤压强度。
关键词:
复合材料层合板
,
单钉双剪连接
,
挤压强度
,
上限理论
,
工程算法
刘振东
,
郑锡涛
,
冯雁
,
张迪
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160122.002
为提高全复合材料机翼的有效载荷与机翼质量的比值(载荷/质量比),提出了一种预测全复合材料机翼极限载荷的有限元模拟方法,并建立了提高机翼结构效率的结构设计方案。首先,基于薄壁工程梁理论,对全复合材料机翼进行了理论分析,并对全复合材料机翼的结构形式与铺层形式进行了初始设计；然后,基于初始机翼的试验数据,利用ABAQUS建立了4种不同的有限元模型,通过对比得到了最佳数值模拟方法；接着,建立了14种结构布局形式,并为每种结构形式赋予不同的铺层方案,形成了117个机翼设计方案,对比了各个结构形式的载荷/质量比以及工艺因素；最后,制造了全复合材料机翼并进行了试验验证。结果表明：双工字梁结构为最佳机翼结构布局形式,具有较高的承载效率；模拟载荷与试验值之间的相对误差仅为1.91%,验证了有限元模型的正确性；机翼的载荷/质量比达到了24.17 N/g,相对于初始设计提升了30.65%。所得结论表明设计方法有效。
关键词:
复合材料结构
,
结构设计
,
强度
,
结构效率
,
有限元模型
郑锡涛
,
李泽江
,
杨帆
复合材料学报
针对Z-pin增强复合材料层合板,开展了断裂韧性的试验研究.研究选取了3种Z-pin直径(0.28、0.52、0.80 mm)且每种直径下分别以3种分布形式(5×5、8×8、10×10)排布Z-pin的增强方式,为了确定比较基准,试验中同时测试了不含Z-pin的复合材料层合板试样.通过Z-pin拔出试验测试了3种直径Z-pin从基体拔出过程中的载荷-位移关系.利用双悬臂梁试验和端部开口弯曲试验分别测试了不含Z-pin和含Z-pin试样的Ⅰ型断裂应变能释放率GIC、Ⅱ型断裂应变能释放率GⅡC.试验结果表明:与不含Z-pin的结构相比,Z-pin增强试样的Ⅰ型断裂应变能释放率GIC增大了83%～1110%,Ⅱ型断裂应变能释放率GⅡC增大了23%～438%;在相同Z-pin体积含量下,与增大Z-pin直径相比,增大Z-pin分布密度能更有效地提高复合材料层合板的断裂韧性.
关键词:
Z-pin增强
,
Ⅰ型断裂
,
Ⅱ型断裂
,
应变能释放率
,
断裂韧性
张迪
,
郑锡涛
,
杨超
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160121.003
为研究三维编织复合材料的损伤容限性能，首先，利用同种纤维、基体和工艺分别制作了4种三维编织复合材料和1种层合复合材料；然后，进行了相同复合材料在不同冲击能量下的及不同复合材料在相同冲击能量下的低速冲击试验和冲击后压缩试验；最后，进行了冲击后的C扫描损伤检测，并对比了冲击后凹坑深度、损伤面积和损伤宽度。结果显示：层合复合材料的损伤形貌主要呈椭圆状，且分层损伤严重，而三维编织复合材料的损伤形貌主要呈十字状，三维编织复合材料的整体性较好；层合复合材料和三维编织复合材料冲击能量的拐点均出现在30 J 附近；三维编织复合材料的剩余压缩强度较高，其损伤容限性能优于层合复合材料。所得结论可为三维编织复合材料的工程应用提供指导。
关键词:
三维编织复合材料
,
损伤容限
,
低速冲击
,
冲击后压缩
,
拐点
