摘要：建立了一种通用形式的复合材料螺旋弹簧刚度预测模型,提出一种无需限定网格和节点的复合材料螺旋弹簧有限元建模方法.基于复合材料层合板理论,推导了复合材料层合板等效剪切模量,并据此建立了纤维增强复合材料螺旋弹簧刚度预测模型,该模型能够适用于任意铺层角度的纤维分布.为了解决在有限元建模过程中复合材料螺旋弹簧单元方向设置的难题,提出建立复合材料弹簧有限元模型的新方法,可直接对铺层进行设计,避免了划分网格时单元坐标系与簧丝螺旋线方向难以协调的问题.刚度预测模型计算结果与文献实验结果的对比表明,所建立的预测模型具有更好的计算精度.针对复合材料类型和纤维铺层角度的不同组合形式,利用所建立的有限元分析模型和刚度预测模型进行了对比分析,结果表明两者之间的计算误差较小,有效性较好.

摘要：为降低汽车尾气排放和提高能源的有效利用率,车身轻量化是汽车设计制造的发展趋势。近年来,铝合金、镁合金、钛合金和纤维增强复合材料等新轻型材料因具有低密度和较高的比强度及比刚度而被广泛应用于汽车及航空航天制造业。纤维增强复合材料具有高比模量、优异的耐腐蚀性、热物理性能和疲劳性能,同时还具备阻尼减震和可设计性强等优势,在汽车行业中的应用规模不断扩大。随着轻质材料在车身中的进一步应用,多材料混合车身结构对连接技术提出挑战。电阻点焊、激光焊接、传统铆接和粘接是车身常用的连接技术,随着全铝车身及混合材料车身结构的应用,自冲铆接、压印连接和搅拌摩擦焊等新型连接工艺得到推广和应用。纤维增强复合材料在车身中常与铝合金进行连接,自冲铆作为一种新轻型板材连接技术,为复合材料和金属的连接提供了解决方案。纤维增强复合材料在自冲铆过程中,铆接区域会遭受损伤,从而影响接头的外观和力学性能。因此,复合材料的损伤及其对接头性能的影响是车企关注的核心问题。目前,对复合材料自冲铆接的研究主要集中在碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和铝合金的连接,所研究复合材料的基体分为环氧树脂和聚酰胺,增强纤维的结构分为短切型、编织型和单向带等。由于环氧树脂为一种热固性基体,环氧树脂基纤维增强复合材料只能作为上板进行自冲铆接;而对于延展性较好的热塑性树脂基复合材料可以作为上板或下板进行连接。接头的成形工艺影响复合材料的损伤程度,采用圆头铆钉、增大铆接速度及控制钉头高度高于上板表面均能减小复合材料在自冲铆过程中的损伤,进而使接头获得更优的力学性能。本文归纳了复合材料和铝合金自冲铆接的研究进展,从接头的成形质量、铆接损伤、力学性能、失效形式和数值模拟研究等方面进行阐述,并展望了相关研究思路和方法,以期为纤维增强复合材料在车身中的应用提供参考。

摘要：提出了一种分析和预测在压缩载荷作用下纤维增强复合材料机翼长桁的极限承载能力以及破坏位置的方法,建立了分析其形变和渐进破坏的有限元模型,采用应力描述的二维Hashin失效准则预测材料的初始失效,并提出了一种材料受损后的刚度折减方案;由应力失效和断裂力学中的能量释放率控制材料渐进损伤的演化模式,并以损伤变量的形式表征材料的受损程度;在有限元软件ABAQUS/Standard平台上编写用户材料子程序(UMAT),运用黏性正则化方法帮助收敛,并将其预测结果与复合材料机翼长桁的压缩实验结果加以对比.结果表明,所得极限承载能力以及破坏位置的预测结果与相应的实验结果较吻合.

摘要：研究破片对(由钢板、纤维增强复合材料板及钢板叠合而成)纤维增强复合材料三明治板穿甲过程中能量转化规律。进行破片模拟弹丸(FSP)对不同结构三明治板高速穿甲数值仿真,获得FSP弹丸对16种三明治板的弹道极限,并与实验结果对比验证数值仿真的可信度。通过分析数值仿真结果,进一步研究破片临界贯穿条件下纤维增强复合材料三明治板各组成部分吸能比率与结构尺寸相关性。结果表明,不同厚度夹层板的吸能比率恒定(芳纶纤维10.41%,玻璃纤维2.68%),夹层板内能随厚度的增加呈二次函数增加。由此获得破片对纤维增强复合材料三明治板弹道极限速度计算方法。

摘要：目的:固化变形问题是纤维增强复合材料结构件固化成形及应用过程中的一大阻碍。本文旨在综述引起固化变形的原因和机理,归纳和评价固化变形的控制方法,以及指出目前存在的问题与不足。方法:1.通过对国内外文献的大量阅读与分析,得到固化变形问题的产生机理及近年来的研究进展;2.通过对该领域论文的分类和归纳,总结出固化变形的主要控制策略,并分类讨论每项策略的控制措施。结论:1.固化变形的产生机理主要有热变形、化学收缩变形和模具作用3种。2.本文归纳了固化变形的五类控制方法:模具补偿、固化工艺优化、结构件优化设计、模具接触面优化以及开发新方法。3.针对各控制策略的优点,本文分析和总结了它们的适用场合以及控制效果。4.在固化变形的研究方面,目前仍然存在许多问题与不足。

摘要：利用改进算法的宏-细观统一通用单胞本构模型,采用Monte-Carlo方法研究了不同纤维形状、不同纤维排列方式以及纤维体积含量对纤维增强复合材料弹性模量、泊松比和热膨胀系数的分散性的影响。研究结果表明:复合材料有效性能的分散性小于组分的分散性。随着纤维体积比的增加,纵向有效性能的分散性加大;而横向有效性能除了椭圆形纤维的短轴方向的热膨胀系数之外,其它性能的分散性则都是下降趋势。纤维截面形状和排列方式对纵向性能的分散性几乎没有影响。方形和圆形纤维时,横向性能的分散性几乎相同,而椭圆形纤维时,则与它们有明显的差别。不同纤维排列方式下,横向性能的分散性都是不一样的。对于E11和G12,六角形和方形对角排列时其分散性较大,而矩形排列引起的分散性最小。随着纤维体积比的增加,不同排列方式下,横向热膨胀系数的分散性趋近于一致。本文得到的结论为复合材料及结构的概率设计提供了重要的参考。

摘要：纤维增强复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、抗冲击等特点,已成为冲击防护领域的重要结构材料.深入研究纤维增强复合材料在高速冲击下的能量吸收机制,准确预测纤维增强复合材料的弹道极限速度,对于启发新一代防弹复合材料的优化设计具有重要的科学意义和潜在应用前景.本文从理论分析和数值模拟两个方面回顾了近年来关于纤维增强复合材料弹道极限速度的研究进展,探讨了纤维增强复合材料的组分性质和微观结构以及子弹特征等因素对弹道极限速度的影响.通过对现有研究结果的总结与分析,展望了纤维增强复合材料弹道极限速度研究的方向,期望为防弹复合材料的研究和开发提供参考.

摘要：纤维增强复合材料(FRP)相对于传统钢制缆索具有高强、耐腐蚀和轻质等优异性能,然而如何充分利用这些特性并实现对FRP缆索的可靠锚固,一直是阻碍FRP缆索实现规模化和商业化应用的障碍。FRP缆索锚固系统由非金属的FRP缆索和定制的锚具组成,其研究和应用已成为土木工程界的热点之一。为促进FRP缆索锚固系统的发展和推广应用,从FRP缆索锚固系统的分类、静载锚固性能、长期性能和疲劳性能四个方面综述了FRP缆索锚固系统的研究现状,并介绍了其在实际桥梁工程中的应用。首先综述了FRP缆索锚固系统的分类,对各类不同构造形式和组成材料的黏结型、夹持型和复合型锚固系统进行了系统性梳理,并进行相互之间特点对比;然后剖析了不同类型FRP缆索锚固系统静载锚固性能、长期性能和疲劳性能的影响因素,分析了各类FRP缆索锚固系统的性能机理,并在此基础上阐述了其有限元分析方法和解析分析方法;其次,总结了国内外具有代表性的应用碳纤维增强复合材料(CFRP)缆索锚固系统的实际工程,介绍了CFRP缆索锚固系统的应用场景和基本构型,并强调了各锚固系统的设计特色;最后探讨了FRP缆索锚固系统目前存在的问题和未来的发展趋势,以期对FRP缆索锚固系统的学术研究和工程实践提供新的启发和基础资料。

摘要：纤维增强复合材料(FRP)因其卓越性能适应现代桥梁结构大跨、轻质、耐久的发展需求,近年来被广泛应用于桥梁工程。为促进复合材料桥梁领域的结构形式和设计的发展,从FRP材料性能、构件和桥梁结构3个层次对近年来FRP在桥梁工程中的研究和应用进行回顾,阐述FRP材料结构一体化设计理念,并对FRP材料在桥梁加固、组合构件、全桥结构等方面的相关研究进行总结与评述。结果表明:现阶段桥梁用FRP仍局限于旧桥加固,新建大跨桥梁结构应用潜力巨大,需提高材料的力学性能、降低成本、制定产品质量检测标准,建立材料结构一体化的设计、施工、监测规范体系和工程应用模式。

摘要：从结构设计、材料选择以及基于轻质、高强的多目标优化设计等三个方面分析了提高纤维增强复合材料薄壁件轴向吸能性的研究现状与发展方向,为开展轻量化替代材料指明发展方向。研究分析表明,纤维增强复合材料合理的结构选择与优化设计可有效减轻结构重量、提高结构吸能效率、改善结构可靠性,具有其他材料无法比拟的优势,可以为汽车轻量化发展提供现实可行的解决方案。