收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

含开孔复合材料层合板层间应力分析

郭绍伟  
【摘要】:碳纤维复合材料层合板以其比强度高、可设计性、结构尺寸稳定、抗疲劳断裂和可大面积整体成型等特点,已成为飞机、卫星、火箭等航空航天领域的重要材料。在工程应用中,为满足连接或安装等的需求,复合材料层合板常需要开孔。开孔后的层合板因自由边效应容易产生分层,造成强度和刚度的削弱,使结构提前进入破坏失效状态。因此,需要研究开孔层合板的层间应力的分布规律。为此,要研究能够准确模拟孔边的层间应力分布的数值方法及分析技术。 在这些需求的牵动下,本文针对工程中常用的由典型铺设角(0°/±45°/90°)组成的开孔国产碳纤维复合材料层合板,在拉伸载荷作用下采用试验测试和数值分析方法,研究了采用三维有限元模型准确预测层间应力的数值模型设计技术,分析和讨论了碳纤维开孔层合板的孔边层间应力的分析方法及分布规律,主要内容如下。 (1)开孔国产碳纤维复合材料层合板拉伸性能的试验测试。采用电测和光测同时进行的方法,对开孔国产碳纤维复合材料层合板进行了拉伸试验。通过电测,得到表示层合板整体性能的等效弹性模量;采用光测,实时观测在拉伸载荷不断增加直至发生破坏的整个过程中,试件表面在孔周围的位移场和应变场的变化。通过观察位移场和应变场的变化,可以初步判断层间应力引起的微结构破坏的载荷。 (2)基于三维有限元层间应力分析模型的设计技术。在为准确获得孔边的层间应力,需要在孔边所关心的局部区域对网格进行精细化分。理论上讲,计算区域越接近原模型,网格越密,分析越准确。然而,若选择的分析区域过大,网格过密,会大幅度提高计算量,甚至无法求解。因此,确定合理的分析区域范围,控制合理的计算网格密度,不仅能准确模拟所关心的结果,又能节约计算资源。为此首先,确定了在0°/±45°/90°铺层中仅由孔影响的作用区域范围,讨论了当层合板的宽度一定时,结构长度对孔边层间应力的影响,并给出对孔边应力不再有影响的临界长度值;其次,分别从单层的厚度方向,孔的环向和径向三个方面讨论了网格的合理密度,最终确定兼顾计算精度和计算效率的网格划分规则;最后,通过所建数值模型的计算结果与试验结果的比较,验证了该模型的有效性。 (3)含开孔国产碳纤维复合材料层合板层间应力分布规律研究。采用所建的有效数值模型,分析了在单向拉伸载荷作用下开孔国产碳纤维复合材料层合板在孔边附近的层间应力分布规律。首先,讨论了界面层参数(包括单层沿厚度方向的位置以及铺层顺序(如[角度1/角度2]或[角度2/角度1]))对孔边层间应力分布的影响,得到了界面层参数对孔边层间应力的影响趋势。其次,分别从孔的环向和径向,层合板的厚度方向以及典型铺层角之间的交界层,详细分析了层间应力的分布规律,并给出了产生最大层间应力的铺层与位置,为层合板的设计提供参考。 论文工作得到国家自然科学基金(编号:10902019)的资助,在此表示感谢。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈荣庚;许谦;张艳;;任意角铺设复合材料层合板位移及层间应力有限元的计算[J];大连水产学院学报;2006年02期
2 王飞;王军;程小全;;含损伤复合材料层合板振动特性研究[J];失效分析与预防;2008年04期
3 张永杰;孙秦;;复合材料层合板预紧螺栓连接应力分析[J];机械科学与技术;2009年07期
4 陈晨;;几种铺层方向复合材料层合板的动态特性试验研究[J];实验力学;1989年04期
5 任伟新;复合材料层合板的柱面弯曲耦合刚度系数[J];玻璃钢/复合材料;1991年02期
6 范宇洁;姚立宁;;复合材料损伤力学的研究方法及应用[J];水利电力科技;1996年01期
7 蒲琪,任传波;层合板弹性性能的实验研究[J];机械科学与技术;1999年06期
8 吴晖;电场作用下复合材料压电层合板的有限元分析[J];兰州铁道学院学报;2002年03期
9 许良梁;矫桂琼;卢智先;朱胜利;;含分层复合材料层合板剪切屈曲的实验研究[J];机械强度;2007年04期
10 施兴灿;赵美英;;二级载荷下复合材料层合板疲劳寿命预测[J];玻璃钢/复合材料;2010年01期
11 范奎;李侠;;对称铺设复合材料层合板的非线性参数振动分析[J];武汉科技学院学报;2007年07期
12 鲁国富;刘勇;张呈林;;含孔复合材料层合板轴向拉伸三维有限元渐进失效分析[J];南京航空航天大学学报;2009年01期
13 王建秋;唐守锋;;嵌入智能夹层在复合材料中的力学性能研究[J];职大学报;2011年02期
14 高相胜;张以都;黎定仕;;面内损伤对埋藏分层影响的三维有限元分析[J];材料科学与工艺;2011年03期
15 薛克兴;缺口复合材料层合板断裂分析的工程方法[J];玻璃钢/复合材料;1985年01期
16 王志勇,王世斌,佟景伟,岳澄,李林安,李翔宇;热塑性复合材料层合板层间细观力学研究[J];实验力学;2003年02期
17 尤凤翔,郝庆东,李大成;反对称角铺设层合板动力响应样条有限元分析[J];云南大学学报(自然科学版);2005年S1期
18 陈桂娟;矫桂琼;熊伟;王波;;用Galerkin方法分析具有初始缺陷层合板的非线性后屈曲[J];机械科学与技术;2005年12期
19 陈建桥;葛锐;魏俊红;;基于PSO算法的复合材料层合板可靠性优化设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年04期
20 王毅;孙新;岳珠峰;候乃先;;复合材料开口缝合补强试验及模拟[J];材料科学与工程学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 艾浩;董春迎;;非对称复合材料层合板多稳态构型分析[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 郭翔鹰;张伟;;两自由度角铺设复合材料层合板系统的非线性振动特性研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
3 姚明辉;;压电复合材料层合板的混沌动力学研究[A];The 5th 全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2011年
4 吕光全;张纪奎;程小全;;厚截面复合材料层合板固化过程数值模拟研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
5 谢宗蕻;张磊;苏霓;;离位增韧复合材料层合板低速冲击阻抗性能试验研究[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
6 郭兆璞;陈浩然;;复合材料层合板粘弹性屈曲分析[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
7 王瑞;郭兴峰;陈海霞;王广峰;;复合材料层合板双切口层间剪切试验的改进研究[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
8 王星;夏才安;董石麟;;板锥网壳结构的静力有限元分析[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年
9 陈换过;姜节胜;闫云聚;徐斌;;复合材料层合板结构在线损伤检测[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
10 王星;王磊;董石麟;;板锥网壳结构的设计与施工[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭文杰;复合材料层合结构极限强度预测方法及分层应力最小化研究[D];华中科技大学;2009年
2 王跃全;飞机复合材料结构修理设计渐进损伤分析[D];南京航空航天大学;2010年
3 苏永振;航空材料结构低速冲击健康监测研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 付丽;基于非局部理论的复合材料层板脱层的理论与数值研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 郑玉芳;考虑损伤效应的粘弹性/压电智能层合结构的非线性静动力学研究[D];湖南大学;2005年
6 吴莹;SMA拟弹性对增强复合材料层合板抗弯曲与低速冲击响应分析[D];华中科技大学;2009年
7 姜封国;结构系统基于可靠性的优化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 唐远富;复合材料结构可靠性鲁棒分析及优化算法研究[D];华中科技大学;2012年
9 林哲祺;压电结构的控制参数与构型优化设计[D];大连理工大学;2011年
10 许贤泽;纤维缠绕复合材料壳体设计方法及其理论研究[D];武汉理工大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭绍伟;含开孔复合材料层合板层间应力分析[D];大连理工大学;2011年
2 王振世;变厚度复合材料层合板铺层递减设计[D];南京航空航天大学;2009年
3 亢佳佳;压电复合材料层合板自适应结构有限元分析及控制[D];西安电子科技大学;2010年
4 王超;含缺口复合材料层合板强度的有限元模拟[D];南京航空航天大学;2010年
5 康军;冲击后复合材料层合板的拉伸破坏行为研究[D];南京航空航天大学;2011年
6 徐一轩;纯剪载荷下埋植元件复合材料层合板失效的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 邓君;纤维增强复合材料层合板抗冲击性试验及数值分析[D];南京航空航天大学;2010年
8 王昌海;复合材料层合板的低速冲击损伤模拟[D];天津大学;2012年
9 李小乐;复合材料层合板大开口结构补强设计与试验研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 何龙;含孔边强化结构的复合材料层合板逐渐累积损伤研究[D];郑州大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 宁宁;导热垫也得开孔[N];中国电脑教育报;2009年
2 周昌明;古锁机关 精妙绝伦[N];中国商报;2001年
3 川报集团特派记者 胡彦殊 大众日报记者 贾瑞君;后援建时代我们依然携手前行[N];四川日报;2011年
4 记者 吴文方;泡沫塑料质量将大幅提升[N];中国石化报;2002年
5 记者 朱剑红;建设部提出加强装修市场管理[N];人民日报;2001年
6 启敏 欣安 胡伟;构筑地下大动脉[N];人民日报海外版;2000年
7 本报记者 张燕;做好两篇“水文章”用好水资源[N];巴音郭楞日报;2008年
8 本报记者 孙吉光;王侠军聚两岸豪气 中华瓷器再回巅峰[N];国际商报;2009年
9 李天静 王国超;维抢修公司两项科研成果获国家专利[N];石油管道报;2009年
10 杨宏辉;普利司通安全环保嘉年华登陆北京[N];中国化工报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978