基于三维Puck失效准则及唯象模量退化的复合材料臂杆屈曲分析 被引量：8

1

作者 李力 黄哲峰 +2 位作者 杨增钦 尚福林 侯德门 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期304-314,共11页

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)臂杆结构在压缩和扭转载荷条件下屈曲与后屈曲问题,采用三维Puck失效准则和基于唯象分析的模量退化方法,同时考虑层合结构就位效应及沿纤维方向应力对横向强度的影响,建立了一种适用于考虑渐进失效C... 针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)臂杆结构在压缩和扭转载荷条件下屈曲与后屈曲问题,采用三维Puck失效准则和基于唯象分析的模量退化方法,同时考虑层合结构就位效应及沿纤维方向应力对横向强度的影响,建立了一种适用于考虑渐进失效CFRP结构的屈曲分析方法,并通过编写有限元软件ANSYS的USERMAT子程序进行了数值实现。与文献中实验结果的对比表明,上述方法能够分析复合材料结构的渐进失效过程和后屈曲承载特性,预测精度高。进而采用此方法,详细分析了某航天器臂杆结构在承受压缩与扭转载荷条件下的屈曲载荷及后屈曲特性。 展开更多

关键词 复合材料 屈曲 后屈曲 渐进失效 puck失效准则

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碳纤维复合材料超声振动辅助钻孔工艺参数多目标优化方法

2

作者 秦国华 赖晓春 +1 位作者 金杨杨 王华敏 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第8期2806-2815,共10页

碳纤维复合材料(CFRP)因其优越性能被广泛应用于航空航天领域,但在钻孔加工时,容易产生毛刺、分层和撕裂等缺陷,严重影响其发展应用。为了准确分析与预测CFRP钻孔过程中的分层缺陷,通过层内材料Hashin-Puck失效准则和Cohesive黏性层损... 碳纤维复合材料(CFRP)因其优越性能被广泛应用于航空航天领域,但在钻孔加工时,容易产生毛刺、分层和撕裂等缺陷,严重影响其发展应用。为了准确分析与预测CFRP钻孔过程中的分层缺陷,通过层内材料Hashin-Puck失效准则和Cohesive黏性层损伤失效机制,建立了CFRP超声振动钻孔有限元模型。与实验结果对比分析可知,轴向力和分层因子仿真值的最大误差分别为8.68%和5.54%。其次,构建了轴向力和分层因子的遗传优化神经网络预测模型,实验结果表明轴向力平均误差为3.60%,最大相对误差为7.06%。最后,建立了质量指标和效率指标为最小的多目标优化模型,并用MOEA/D遗传算法对模型求解,为CFRP钻孔工艺参数的合理选择提供切实可行的理论基础。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 超声振动钻孔 Hashin-puck失效准则 分层因子 神经网络 MOEA/D遗传算法

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带FSK的FRP-UHPC组合梁受剪性能研究

3

作者 张志文 王安涟 +3 位作者 葛文杰 Ashraf Ashour 李胜才 曹大富 《应用基础与工程科学学报》 北大核心 2025年第5期1394-1407,共14页

为研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)-超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)组合梁的受剪性能,通过四点弯曲试验和精细化有限元分析对带FRP剪力键(FRP Shear Key, FSK)的FRP-UHPC组合梁进行研究.... 为研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)-超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)组合梁的受剪性能,通过四点弯曲试验和精细化有限元分析对带FRP剪力键(FRP Shear Key, FSK)的FRP-UHPC组合梁进行研究.分别采用混凝土塑性损伤模型和Puck失效准则来模拟混凝土和FRP型材的损伤演化,并采用双线性内聚力模型来模拟组合界面的力学行为.有限元结果与试验结果进行对比表明二者吻合较好.基于已验证的模型开展参数化分析,重点研究混凝土板强度、高度和宽度,FRP腹板抗剪强度、剪切模量、高度和厚度,以及FSK间距等对带FSK的FRP-UHPC组合梁受剪性能的影响.研究结果表明,组合界面间布置FSK处的局部滑移远小于未布置FSK处的局部滑移,且最大局部滑移小于4mm,验证了FSK具有良好的界面抗剪作用;增大混凝土板强度和截面尺寸均能提高组合梁的抗剪刚度和承载力.与普通混凝土板相比,UHPC板可有效抑制界面滑移;提高FRP腹板的抗剪强度和厚度可提高组合梁的抗剪承载力和变形,且破坏模式由剪切破坏向弯曲破坏转变;减小FSK间距可有效提高界面间的抗剪性能,增强组合梁的组合效应,提高承载力和变形. 展开更多

关键词 FRP-UHPC组合梁 FSK 受剪性能 四点弯曲试验 puck失效准则 参数分析

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复合材料层合板结构冲击损伤数值模拟的损伤力学模型 被引量：17

4

作者 刘向民 姚卫星 陈方 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期3054-3063,共10页

针对复合材料结构低速冲击损伤问题,基于连续损伤力学提出了一种动力学冲击条件下的三维损伤数值模型。模型中区分了层内损伤(纤维拉伸与压缩失效、纤维间拉伸与压缩失效)和层间分层损伤不同的失效模式。采用三维Puck失效准则与考虑压... 针对复合材料结构低速冲击损伤问题,基于连续损伤力学提出了一种动力学冲击条件下的三维损伤数值模型。模型中区分了层内损伤(纤维拉伸与压缩失效、纤维间拉伸与压缩失效)和层间分层损伤不同的失效模式。采用三维Puck失效准则与考虑压缩抑制效应的Aymerich准则对上述两类损伤进行判定,材料失效后基于连续损伤力学中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型中考虑了复合材料层合板结构中子层的就位效应和损伤分析中的"连锁效应"。通过对Shi的冲击试验进行数值模拟,模型预测的冲击接触载荷、分层形状和尺寸与试验结果吻合较好,证明了所提出的数值模型对复合材料层合板结构低速冲击损伤预测的有效性。 展开更多

关键词 复合材料 低速冲击 渐进损伤演化 puck失效准则 连锁效应

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复合材料层合板低速冲击损伤的预测模型 被引量：9

5

作者 陈普会 李念 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期341-348,共8页

在低速冲击载荷作用下,建立了一种适用于铺层总数较多的复合材料层合板的损伤预测模型。采用三维Puck失效准则预测层内纤维与基体的破坏,并获得基体失效时的断裂面角度。根据低速冲击下复合材料层合板的层间分层损伤机理,同时考虑面内... 在低速冲击载荷作用下,建立了一种适用于铺层总数较多的复合材料层合板的损伤预测模型。采用三维Puck失效准则预测层内纤维与基体的破坏,并获得基体失效时的断裂面角度。根据低速冲击下复合材料层合板的层间分层损伤机理,同时考虑面内横向正应力、厚度方向正应力、层间剪应力和相邻铺层的损伤状态等因素对界面分层的影响,发展了一种新的冲击分层失效准则。为快速有效地预测铺层总数较多的复合材料层合板的冲击损伤,通过对单元积分点处的应变进行线性插值,提出了在单个实体单元内预测多个铺层损伤的数值计算方法。模型成功预测了受冲击层合板具体的失效模式,预测的分层形状和尺寸与试验值吻合较好,并显著减少了有限元模型的规模,表明本文所发展的数值方法对预测复合材料层合板低速冲击损伤的有效性。 展开更多

关键词 复合材料 低速冲击 puck准则 分层失效准则 包含多个铺层的实体单元

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复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型 被引量：9

6

作者 李念 陈普会 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期458-470,共13页

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面.通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐... 针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3个方面.通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系.损伤起始由卜克(Puck)失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为.模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层)的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层.以[0_3/45/-45]_S和[45/0/-45/90]_(4S)两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性. 展开更多

关键词 低速冲击 连续介质损伤力学模型 基体裂纹饱和密度参数 卜克准则 网格依赖性

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基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型 被引量：19

7

作者 拓宏亮 马晓平 卢智先 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1878-1888,共11页

基于连续介质损伤力学(CDM)方法,建立了分析复合材料层合板低速冲击问题的三维数值模型。该模型考虑了层内损伤(纤维和基体损伤)、层间分层损伤和剪切非线性行为,采用最大应变失效准则预测纤维损伤的萌生,双线性损伤本构模型表征纤维损... 基于连续介质损伤力学(CDM)方法,建立了分析复合材料层合板低速冲击问题的三维数值模型。该模型考虑了层内损伤(纤维和基体损伤)、层间分层损伤和剪切非线性行为,采用最大应变失效准则预测纤维损伤的萌生,双线性损伤本构模型表征纤维损伤演化,基于物理失效机制的三维Puck准则判断基体损伤的起始,根据断裂面内等效应变建立混合模式下基体损伤扩展准则。横向基体拉伸强度和面内剪切强度采用基于断裂力学假设的就地强度(in-situ strength)。纤维和基体损伤本构关系中引入单元特征长度,有效降低模型对网格密度的依赖性。层间分层损伤情况由内聚力单元(cohesive element)预测,以二次应力准则为分层损伤的起始准则,B-K准则表征分层损伤演化。分别通过数值分析方法和试验研究方法对复合材料典型铺层层合板四级能量低速冲击下的冲击损伤和冲击响应规律进行分析,数值计算和试验测量的接触力-时间曲线、分层损伤的形状和面积较好吻合,表明该模型能够准确地预测层合板低速冲击损伤和冲击响应。 展开更多

关键词 复合材料层合板 低速冲击 puck准则 损伤演化 连续介质损伤力学

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复合材料层合板缺口强度的CDM三维数值模型 被引量：7

8

作者 李秋漳 姚卫星 陈方 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2766-2774,共9页

针对复合材料层合结构缺口强度问题,基于连续损伤力学(CDM)提出了一种三维损伤数值模型。模型区分了层内损伤(纤维失效、纤维间失效)和层间分层损伤的不同失效模式。采用三维Puck准则与Aymerich准则对上述2类损伤进行判定,材料失效后基... 针对复合材料层合结构缺口强度问题,基于连续损伤力学(CDM)提出了一种三维损伤数值模型。模型区分了层内损伤(纤维失效、纤维间失效)和层间分层损伤的不同失效模式。采用三维Puck准则与Aymerich准则对上述2类损伤进行判定,材料失效后基于CDM中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型考虑了复合材料层合板子层的就位效应和剪切非线性行为。对Carlsson的AS4/3501-6缺口拉伸强度试验进行数值模拟。结果表明:分析结果与试验结果吻合良好,证明了该模型能够准确地预测含缺口复合材料层合板面内拉伸强度。 展开更多

关键词 复合材料 缺口强度 就位效应 三维puck准则 渐进损伤

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面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型 被引量：6

9

作者 段永照 姚卫星 陈方 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期16-23,共8页

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型... 基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。 展开更多

关键词 复合材料 低速冲击 渐进损伤演化 puck准则 剪切非线性

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层合复合材料低速冲击损伤与凹坑数值模拟

10

作者 张运来 《科技创新与应用》 2019年第13期6-10,共5页

文章基于累积损伤分析的方法,建立了层合复合材料低速冲击三维数值模型。模型采用Puck准则和界面元Cohesive来预测铺层的层内损伤和层间损伤,并考虑基体断裂碎屑对凹坑形成的显著影响,建立了分层残余应变模型用于模拟凹坑,模型通过在有... 文章基于累积损伤分析的方法,建立了层合复合材料低速冲击三维数值模型。模型采用Puck准则和界面元Cohesive来预测铺层的层内损伤和层间损伤,并考虑基体断裂碎屑对凹坑形成的显著影响,建立了分层残余应变模型用于模拟凹坑,模型通过在有限元软件ABAQUS平台上编写VUMAT子程序实现,对层合板进行了低速冲击数值模拟,通过与试验结果的对比,验证了文章所建模型的合理性。 展开更多

关键词 复合材料层合板 低速冲击 puck准则 凹坑 数值模拟

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不同铺层方向的碳纤维复合材料层合板鸟撞冲击实验与仿真研究

11

作者 王汝凤 苏长青 《新能源航空》 2023年第5期58-69,共12页

本文以碳纤维复合材料层合板为研究对象,以纤维方向为变量,研究其对鸟撞冲击响应的影响。本文主要通过试验与仿真数据对比,在证明仿真模型的有效性后,完成碳纤维复合材料各铺层方向的鸟撞仿真。由于试验得到不同速度下的应变曲线的趋势... 本文以碳纤维复合材料层合板为研究对象,以纤维方向为变量,研究其对鸟撞冲击响应的影响。本文主要通过试验与仿真数据对比,在证明仿真模型的有效性后,完成碳纤维复合材料各铺层方向的鸟撞仿真。由于试验得到不同速度下的应变曲线的趋势基本一致,且速度梯度较小三组试验数值的变化也较小,证明了试验数据的可靠度。L1铺层仿真与试验的应变数据趋势一致,验证了仿真模型的真实可靠性。运用仿真模型对L2、L3、L4三种铺层进行不同速度下的鸟撞试验,经过仿真数据对比得到最优的铺层方式为L1[45/-45/45/-45]_(2s)。通过分析得到L1铺层材料受冲击初始阶段的刚度强,变形小,使鸟弹的冲击能量快速减小等优点,证明了L1铺层复合板性能最好。 展开更多

关键词 鸟撞冲击 Hashin准则 puck准则 碳纤维复合材料铺层 SPH流体粒子

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