摘要：基于针刺石英/石英复合材料的细观结构,建立了考虑编织结构的单胞模型;引入周期性边界条件以及体素单元(Voxel)网格,建立单胞的有限元分析模型;假设针刺复合材料的非线性力学行为主要由基体产生,将针刺过程对复合材料力学性能的影响等效为复合材料基体性能的改变,使用J2塑性模型对基体性能进行修正;采用最大主应力准则、Mises应力准则以及Tsai-Wu失效准则作为各组分材料的失效判据,并将纤维束的失效模式进行区分,根据主损伤模式对相应方向的刚度性能进行折减,模拟了针刺石英/石英复合材料在单轴拉伸载荷下的渐进损伤过程。得到的仿真结果与试验曲线较为吻合,并且利用修正的基体本构模型,较好地表现了针刺复合材料的非线性特征。在完成以上工作的基础上,分析了经线纬线所成角度对复合材料拉伸性能的影响,可为后续针刺复合材料的力学性能设计提供一定的理论依据。

摘要：采用试验和数值仿真方法对碳纤维复合材料蜂窝夹芯板的压缩稳定性及失效行为展开了研究。利用ABAQUS及UMAT子程序建立了基于连续介质损伤力学的损伤演化模型,采用复合材料面板中纤维与基体及蜂窝芯层的损伤判据和材料性能退化方案,获取其压缩屈曲临界载荷、损伤起始位置及破坏载荷。设计了相关试验件及试验方案并进行压缩稳定性试验,仿真和试验结果吻合较好,验证了模型的有效性。结果表明,夹芯板在轴压载荷下发生屈曲进入后屈曲状态,结构仍具有一定的承载能力,失效基本发生在过渡位置,主要失效模式为蒙皮-芯层开裂、蜂窝芯层破坏及面板纤维压断,且不含过渡区域的夹芯板的屈曲载荷大于含过渡区的夹芯板。研究结果可为后续复合材料夹芯结构稳定性设计提供数据支持和理论参考。

摘要：选取飞机复合材料翼盒下壁板含排液孔共固化长桁对其承载能力进行研究,采用以渐进损伤理论为基础的有限元模拟仿真预估该长桁在压缩载荷作用下的失稳和压损破坏载荷,并将理论分析结果与试验数据进行对比。通过比较长桁有限元模型的加载变形结果和试验测试试件的位移-加载数据,发现二者符合性较好。分析结果表明采用的工程方法可以较为准确的预测排液孔对复合材料长桁承载能力的削减。后续产品设计中,可以考虑使用理论分析替代相关试验,节约设计成本,提高设计效率。

摘要：目前用于更换1 000 kV特高压输电线路"I"、"V"型绝缘子串的特高压八线提线器主要由钛合金材料制成,质量较大,给检修人员带来极大不便,降低工作效率.因此,本文采用碳纤维复合材料设计了一种轻型碳纤维八线提线器,并基于复合材料渐进损伤分析方法,对其进行了力学性能分析.结果显示碳纤维八线提线器在静态试验荷载360 kN作用下未发生破坏,满足设计要求.通过力学试验进一步验证了力学性能分析结果的正确性和结构设计的可行性,研制出的特高压碳纤维八线提线器轻量化效果明显,比钛合金八线提线器轻45%.

摘要：三维机织复合材料已在航空航天领域得到广泛应用,研究开孔C/C机织复合材料在拉伸和压缩状态下的损伤机理具有重要工程价值。建立开孔C/C三向正交机织复合材料试验件的镶嵌有限元模型,在孔周范围内按照材料的细观结构建立细观尺度有限元模型,采用基于细观力学的强度准则对其拉伸和压缩损伤演化过程进行模拟,并预测其极限拉伸、压缩载荷和拉伸、压缩强度。结果表明:在拉伸与压缩载荷下,由于缝线与纤维束接触区域的应力集中,使得开孔板经纱多处区域出现损伤起始,开孔板损伤区域均呈"X"形扩展。

摘要：先进复合材料在飞机结构中的应用越来越广泛,且开始出现在中央翼盒段、机翼等主承力结构上。实际应用中发现,在梁圆角区或者肋根部的倒角区,复合材料极易发生分层破坏,对结构的安全性构成严重的威胁,故复合材料圆角区结构完整性的研究具有重要的意义。使用有限元软件Abaqus,采用三维Hashin复合材料损伤判据,从复合材料圆角区的破坏模式和初始损伤对结构承载能力的影响两个方面对复合材料圆角区进行了分析研究。研究结果表明,该结构型式的主要破坏模式为分层破坏,且破坏起始位置均在靠近内侧厚度的约1/4处;初始损伤的存在对结构承载能力的影响是致命的,可使结构的承载能力降低约75%~80%。

摘要：为指导层压板胶接结构设计,提高层压板胶接结构的稳定性,基于ABAQUS软件及其用户自定义场变量子程序(USDFLD)和内聚力单元,建立了同时考虑层压板与胶层损伤与失效的层压板单搭接胶接结构的数值分析模型,模型预报结果与试验结果基本吻合.基于该模型对层压板单搭接胶接结构进行应力分析与承载能力影响因素分析,结果表明:胶接结构中胶层剥离应力在胶层内呈对称分布且两端存在应力集中现象,胶层的失效从胶层的两端向中间逐渐扩展;胶层剪应力沿胶层长度方向呈两端高中间低的"凹"形分布;搭接长度是影响胶接接头强度的主要因素,随着搭接长度的增大,胶接接头的强度随之增大并最终趋于稳定值;胶接接头强度和刚度随层压板厚度的增大而增大,但增加幅度较小;层压板铺层形式对胶接结构的承载能力几乎无影响.

摘要：为了对复合材料含孔层压板的压缩剩余强度进行快速、精确地评估,采用了有限元渐进损伤剩余强度分析方法。使用Tsai-Wu准则作为强度判据,使用Abaqus用户子程序USDFLD对破坏的单元进行刚度折减。单元的刚度折减采用材料性能退化的方法实现。对复合材料含孔层压板进行有限元渐进损伤分析,得到了含孔层压板的破坏过程、破坏载荷和剩余强度,以及不同角度铺层的主要破坏类型。通过对复合材料含孔层压板压缩剩余强度的有限元分析数据与试验数据对比研究发现,使用Abaqus用户子程序USDFLD的有限元渐进损伤剩余强度分析方法得到的分析结果与试验结果非常接近。试验数据和有限元分析数据验证了Abaqus用户子程序USDFLD和刚度折减方法的正确性以及渐进损伤剩余强度分析结果的精确性。

摘要：为研究飞机复合材料曲板的失效过程与失效模式,对一组复合材料弯角试验件进行了准静态拉伸试验.同时基于ABAQUS软件及其USDFLD子程序,考虑复合材料的渐进损伤特征,建立了受载曲板的有限元模型,分析弯角区的应力分布特征.研究发现:数值仿真能够较准确的模拟弯角结构的受载过程,模拟结果与试验结果吻合较好;结构受载过程中,在弯角区域发生分层破坏,随着载荷的增大,分层沿着周向和径向都有扩展;随着外加载荷的增大,弯角区域的最大法向应力的位置逐渐移向加载端.

摘要：复合材料加筋结构的承载能力预估是飞机设计中的重要内容,其关键问题就是考虑材料失效的后屈曲分析。针对复合材料加筋壁板承受压缩载荷的后屈曲承载能力预估问题,考虑层内损伤、层间分层以及刚度退化,基于内聚力单元与Hashin损伤准则,建立了一种简洁的渐进损伤分析方法,编制了相应的ABAQUS UMAT子程序,并利用复合材料加筋结构破坏试验进行了验证。验证结果表明,预估的承载能力、破坏模式和结构应力状态与物理试验结果符合得很好,承载能力误差在10%以内,证明了方法的准确性和工程实用性。