摘要：内聚力单元是进行推进剂“脱湿”损伤研究的重要手段。通过分子动力学方法构建推进剂高填充比几何模型,结合周期几何和周期边界处理方法,构建推进剂细观有限元分析模型。采用内聚力单元结合PPR内聚力模型开展颗粒和基体黏接界面“脱湿”行为模拟。在单轴拉伸和纯剪试验下分析推进剂细观结构的力学响应,开展推进剂“脱湿”损伤机理研究。针对不同的体分比、应变速率以及内聚强度,开展了“脱湿”损伤影响规律分析。研究方法和研究结论可以为新一代高性能推进剂配方的研制提供有利的参考。

摘要：复合材料结构对内部分层极为敏感,粘聚区模型是研究复合材料分层扩展问题的一种很有前景的方法。在粘聚区模型中,内聚力单元的刚度、强度和网格密度必须合理设置,才能避免因为数值问题导致的不收敛。本文介绍了内聚力单元的参数选择方法,以改善计算中遇到的数值问题,病通过DCB试验在不同参数情况下的算例验证了不同参数设置下对计算的影响。结果表明,合理的参数设置使得有限元模型在较粗网格下能够获得良好的结果。

摘要：基于MATLAB软件对已有的随机骨料投放算法进行优化,编写了一套更为简便高效的骨料生成与投放程序,建立了含随机凸多边形骨料的混凝土细观模型,利用C++自编代码,完成零厚度内聚力单元的批量插入,用于模拟混凝土内部单元的损伤与开裂。根据新建的基于预插内聚力单元的混凝土细观模型,选取合理的本构关系,以物理试验结果中抗拉强度和抗拉弹性模量为指标,开展混凝土单轴拉伸细观力学模拟研究,计算结果表明新建的预插内聚力模型生成算法具有可行性和有效性。

摘要：古石拱桥一般由块石砌筑而成,材料有明显的非匀质性,且古石拱桥在长期荷载作用下很容易产生累计变形改变拱圈几何形状,进而影响其结构受力,采用传统整体式有限元模型很难准确模拟古石拱桥的受力性能。因此,为精确模拟古石拱桥实际受力状态,分析承载力影响因素,采用参数化建模的方法建立两相数值模型,用内聚力单元模拟材料非线性,并通过自编程序引入初始缺陷。分析了几何参数及材料参数对拱桥承载能力和破坏模式的影响。结果表明几何参数与材料参数显著影响结构的承载能力和破坏模式,为石拱桥的设计及修复、加固工作提供依据。

摘要：研发了一种三组分高分子柔性材料（MPS）可以涂覆在变形缝橡胶止水带接头处，起到良好的防渗堵漏作用。为研究该材料的防水性能，通过单轴拉伸试验、黏结界面试验和数值模拟对止水带-MPS的防水性能进行研究，并进行了现场应用。研究表明：MPS有超弹性的特点，其超弹性本构模型参数C10和C01分别为0.071和0.044;橡胶-MPS黏结界面的拉伸黏接强度为0.68 MPa,剪切黏接强度为0.80 MPa;不同工况下，随着拉伸变形量和剪切变形量的增加，耐水压值均逐渐减小，但拉伸变形对防水性能的影响较大；无变形情况，剪切变形量为30 mm,拉伸变形量为20 mm,拉伸变形量和剪切变形量同时达到20 mm和30 mm时的耐水压值分别为1.88 MPa、1.54 MPa、0.48 MPa、0.42 MPa;在不同变形情况下，橡胶止水带-MPS接头黏结界面内聚力单元是从发生变形之后的外圆孔的最下侧最先开始发生破坏，破坏逐渐向上延伸至外圆孔最上侧。

摘要：为了降低地下结构接缝渗漏水风险,保证地下结构的正常施工和运营,本文开展了橡胶止水带-MPS接头防水性能与力学行为分析。首先,通过开展力学性能试验分析了高分子柔性材料的本构模型、拉伸黏结性能和剪切黏结性能,得到了有限元模拟所需要的相关参数;其次,利用ABAQUS有限元软件建立了橡胶止水带-MPS接头三维模型,分析橡胶止水带-MPS接头在拉伸、剪切、水压条件下黏结界面的力学行为和失效行为。研究结果表明:MPS(modified polyurethane sealant)具有超弹性的特点,其超弹性本构模型参数C10和C01分别为0.071和0.044;橡胶止水带-MPS黏结界面的拉伸黏接强度为0.68 MPa,剪切黏接强度为0.80 MPa;静水压力作用下,橡胶止水带-MPS接头最先发生黏接层剥离破坏的位置为止水带中间孔外侧孔壁上端;随着张开变形量增大,橡胶止水带-MPS接头最先发生黏接层剥离破坏的位置为止水带中间孔的内孔壁上下两端;随着剪切变形量增大,橡胶止水带-MPS接头最先发生黏接层剥离破坏的位置为止水带侧翼与中间孔的左上侧连接位置处及止水带中间孔的内孔壁上下两端;在MPS涂覆厚度为20 mm情况下,橡胶止水带-MPS接头能承受的耐水压值在1.2 MPa以上,所能承受的最大拉伸变形量在20 mm以上,所能承受的最大剪切变形量在30 mm以上。

摘要：本文分别通过双悬臂梁(DCB)实验与数值模拟,研究了不同短纤维插层(包括短纤维种类、短纤维长度与插层面密度)对亚麻纤维增强复合材料I型层间断裂韧性的影响规律.DCB试验结果表明,当插层为5mm长度、25g/m^(2)面密度的短碳纤维插层时,复合材料1型层间断裂韧性达到2.322kJ/m^(2),取得最大提升幅度80.7%,短纤维桥联与亚麻连续纤维多层级破坏为其主要增韧机理。在此基础上,采用五参数控制的三线性内聚力单元,建立了数值仿真模型。实验与数值模拟结果的对比分析揭示了短纤维插层属性与内聚力模型参数之间的定量关系,可为植物纤维增强复合材料短纤维插层增韧设计提供参考依据.

摘要：数值模拟研究了不同胶胶接的HTS40/977-2碳纤维层合板单搭接胶接接头低速冲击性能。对HTS40/977-2层合板冲击过程进行仿真,与实验对比验证了HTS40/977-2层合板材料参数的有效性。采用基于Hashin准则的本构关系模拟层合板面内损伤,采用内聚力单元模拟层合板的层间分离和胶层的失效,分别建立了Araldite AV138、Araldite2015和Sikaforce 7752三种不同胶胶接接头低速冲击有限元模型,研究了胶接接头在3 J和4 J能量冲击下的失效模式和能量吸收。在失效模式方面,发现Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752三种胶接接头胶层的失效模式分别为胶层完全失效、胶层部分失效和胶层未失效,三种胶接接头都出现了不同程度的层合板层间损伤,并且层间损伤依次减小。在能量吸收方面,3J能量冲击下Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752吸收能量分别为2. 73 J、2. 06 J、1. 67 J,4 J能量冲击下吸收能量分别为2. 91 J、2. 49 J、2. 26 J。仿真结果表明,在低速冲击载荷下胶接接头的失效模式和能量吸收与胶的属性密切相关。胶的韧度越低,接头损伤越严重,能量吸收越多;胶的韧度越高,接头抵抗损伤的能力越强。研究可为复合材料胶接设计与分析提供参考。

摘要：复合材料层合板的干涉配合连接具有优越的性能,是飞机复合材料结构连接的发展趋势。然而,层合板在干涉连接过程中易出现分层损伤。针对以上问题,采用理论建模与有限元模拟方法研究了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板干涉螺接过程中的分层损伤及其临界干涉量。首先,对CFRP层合板的干涉螺接工艺过程和分层损伤进行力学行为分析;然后,基于虚功原理,建立了各层界面的分层损伤临界轴向力计算模型,结合插钉力与干涉量间的关系,建立临界干涉量的预测模型,求得分层损伤的临界干涉量;最后,采用ABAQUS有限元软件对CFRP层合板干涉螺接过程进行数值模拟,应用内聚力单元建立层合板层间界面,模拟了CFRP层合板在不同干涉量时的分层损伤机理,并通过扫描电子显微镜(SEM)实验观测了细观分层损伤。研究结果显示:干涉量是影响CFRP层合板分层损伤的主要工艺参数;层合板中越靠下边的层间界面,其不产生分层损伤的临界轴向力和临界干涉量越小,即越容易产生分层损伤。

摘要：为满足ARJ21-700飞机模拟冰型试飞试验的需要,设计了一种新型复合材料夹层结构模拟冰型,对其用材、加工方式、安装方法进行了选定。选取模拟冰型典型段,制作试验件,通过地面模拟试验,得出了模拟冰型的脱落破坏载荷。基于界面元法,在ABAQUS中使用内聚力单元模拟胶接界面,计算出模拟冰型的脱落破坏载荷,计算结果与试验结果吻合良好,说明了数值模拟方法的准确性。试验、计算得出的破坏载荷都高于冰型实际受载,证明了本文设计方案可行,该种复合材料夹层结构模拟冰型可用于ARJ21-700飞机的试飞试验。