李晨锋
,
程建钢
,
胡宁
,
杨志宏
,
姚振汉
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2003.01.008
研究了含脱层损伤的复合材料层板在低速冲击下的瞬态响应问题.首先,用基于Mindlin板理论的有限元法来描述层板的运动和变形,并同时考虑了层板大变形的影响.另外,用一种修正的Hertzian压痕法则来计算层板和刚球间的冲击力.同时为了有效地处理脱层间的动态接触问题,采用了由笔者以前提出的一种修正的Lagrange multiplier乘子法来提高计算精度和效率;为了研究脱层的扩展机理,提出了一种基于Mindlin板模型的应变能释放率的计算方法,用于计算脱层前沿的应变能释放率的分布.最后,算例研究了刚球的初始冲击速度、脱层面积和脱层位置对计算结果的影响,算例中提供的信息为人们更好地理解脱层损伤的扩展机理和它对复合材料层板的低速冲击响应的影响提供了依据.
关键词:
复合材料层板
,
低速冲击
,
瞬态响应
,
脱层
,
接触问题
,
应变能释放率
,
大变形
陈玉良
,
程宸
,
万水
,
蒋正文
玻璃钢/复合材料
本文研究了将虚拟裂纹闭合法应用ANSYS有限元计算软件,计算组合材料的应变能释放率.在有限元计算中,为了减小后处理工作量,将弹簧单元施加在裂纹尖端.在实际的有限元计算中,COMBIN14单元被用来建立有限元模型,从而将求解过程和后处理过程联系起来,自动计算出能量释放率.随后,将该方法应用于计算组合材料的应变能释放率,进行数值模拟实验.通过分析比较数值计算结果和理论值,表明该数值分析方法所计算出的应变能释放率与理论值完全符合,该数值分析方法是一种高效,精确的数值分析方法.
关键词:
虚拟裂纹闭合法
,
ANSYS
,
应变能释放率
,
组合材料
刘韡
,
矫桂琼
,
张为民
材料科学与工程学报
提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,采用CVI工艺在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备了Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过三点弯曲试验测定了Ⅰ＋Ⅱ混合型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pin增强机理。结果表明：随着裂纹扩展长度的增大,Ⅰ＋Ⅱ型裂纹扩展阻力不断增大,相同裂纹扩展长度,增加Z-pin植入密度可以提高粘结强度,增大止裂作用。Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料裂纹扩展的耗能途径主要是层间界面剥离、Z-pin弹性剪切和拉伸变形。
关键词:
陶瓷基复合材料
,
断裂韧性
,
应变能释放率
,
Z-pin
刘(韦华)
,
矫桂琼
材料科学与工程学报
碳纤维平纹编织物和碳纤维Z-pin制备的预成型体,通过化学气相渗透(CVI)工艺制成Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料层压板.通过双悬臂梁试验研究Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料层压板的层间Ⅰ型应变能释放率和增强机理.研究Z-pin面积密度对层间Ⅰ型应变能释放率的影响.结果表明:Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料层压板主要增强机理表现为层间裂纹扩展受阻,Z-pin与层压板界面解离,Z-pin桥联裂纹和Z-pin拔出;增大Z-pin面积密度,层间Ⅰ型应变能释放率增大.
关键词:
陶瓷基复合材料
,
应变能释放率
,
双悬臂梁
,
Z-pin
鲁国富
,
刘勇
,
张呈林
复合材料学报
基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT),建立了复合材料层合板层间裂纹尖端的应变能释放率(SERR)三维有限元计算模型.该模型考虑了裂纹尖端大转动和离散单元形状变化对应变能释放率计算的影响,修正了裂纹尖端应变能释放率的计算方法.利用该模型计算了裂纹长度为15 mm和35 mm时纯Ⅰ型和纯Ⅱ型的应变能释放率,纯Ⅰ型应变能释放率分别为207 J/m2和253 J/m2;纯Ⅱ型应变能释放率分别为758 J/m2和1040 J/m2;计算值与试验值吻合得很好.同时,该模型计算了混合型不同比值R=(GⅡ/GⅠ+GⅡ)的长裂纹层合板层间断裂过程的应变能释放率,其中Ⅰ型和Ⅱ型应变能释放率计算值与试验平均值的最大误差为11.4%,最小误差为0.4%.该模型能有效计算裂纹尖端的应变能释放率.
关键词:
虚拟裂纹闭合技术
,
应变能释放率
,
复合材料层合板
,
有限元分析
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
彭凡
,
马庆镇
,
戴宏亮
复合材料学报
针对组分材料体积分数任意分布的聚合物功能梯度材料,研究其在蠕变加载条件下Ⅰ型裂纹应力强度因子(SIFs)和应变能释放率的时间相依特征.由Mori-Tanaka方法预测等效松弛模量,在Laplace变换域中采用梯度有限元法和虚拟裂纹闭合方法计算断裂参数,由数值逆变换得到物理空间的对应量.分析边裂纹平行于梯度方向的聚合物功能梯度板条,分别考虑均匀拉伸和三点弯曲蠕变加载.结果表明,聚合物梯度材料应变能释放率随时间增加,其增大的程度与黏弹性组分材料体积分数正相关;材料的非均匀黏弹性性质产生应力重新分布,导致裂纹尖端应力场强度随时间变化,当裂纹位于黏弹性材料含量较低的一边时,应力强度因子随时间增加,反之,随时间减小.而且,材料的应力强度因子与时间相依的变化范围和体积分数分布以及加载方式有关,当体积分数接近线性分布时,变化最明显,三点弯曲比均匀拉伸的变化大.SIFs随时间的延长增加或减小、加剧或减轻裂纹尖端部位的“衰坏”,表明黏弹性功能梯度裂纹体的延迟失稳需要联合采用应力强度因子与应变能释放率作为双控制参数.
关键词:
聚合物
,
梯度材料
,
黏弹性断裂
,
蠕变
,
应力强度因子
,
应变能释放率
