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基于ECPL模型的平纹机织复合材料低速冲击多尺度模拟 被引量:11
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作者 王涛 侯玉亮 +1 位作者 铁瑛 李成 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第20期295-304,共10页
采用多尺度方法对平纹机织复合材料低速冲击损伤进行了数值模拟。建立E玻璃纤维束的微观单胞模型,计算出纤维束的等效刚度和强度;然后建立平纹机织复合材料的细观单胞模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对细观模型进行损... 采用多尺度方法对平纹机织复合材料低速冲击损伤进行了数值模拟。建立E玻璃纤维束的微观单胞模型,计算出纤维束的等效刚度和强度;然后建立平纹机织复合材料的细观单胞模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对细观模型进行损伤演化模拟;提出一种新的基于体积平均法的局部均匀化方法,将细观模型转化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板(ECPL)模型,同时将建立的ECPL模型扩展成宏观模型并对其低速冲击损伤进行数值模拟,得出冲击能量为30 J下平纹机织复合材料的力位移曲线及能量曲线并与文献中的试验结果进行了对比。结果表明,由于层合板未发生穿孔破坏,力和位移均呈现先增大后减小的趋势,数值模拟峰值力为5621 N,与试验值误差为1.3%;并且层合板失效形式主要为纤维和基体拉伸损伤及层间分层损伤。宏观ECPL低速冲击模型的数值与试验结果吻合较好,验证了局部均匀化方法和多尺度模型的有效性。 展开更多
关键词 平纹机织复合材料 等效交叉层合板模型 局部均匀化 低速冲击 多尺度模型
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碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析 被引量:13
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作者 赵巧莉 侯玉亮 +1 位作者 刘泽仪 李成 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第14期1732-1742,共11页
构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析,该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型,用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部... 构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析,该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型,用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部几何构型及求得的纤维束等效力学参数,构建“纤维束基体”的细观单胞模型,并通过周期性边界条件对其施加不同的位移载荷,预测细观单胞模型的等效力学性能。基于局部均匀化方法将细观单胞模型简化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板模型,并将其阵列扩展为宏观模型,以分析低速冲击及冲击后压缩性能。通过对比不同冲击能量下的低速冲击及冲击后压缩的试验与仿真结果,验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 碳纤维平纹机织复合材料 多尺度分析 局部均匀化 低速冲击 冲击后压缩
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平纹机织复合材料静力学性能分析 被引量:1
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作者 李京菁 赵美英 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第8期1294-1297,共4页
研究了E-glass/epoxy机织复合材料的失效破坏过程及预测该材料的失效强度。模型基于复合材料微观力学对机织复合材料进行均化处理从而获得材料的宏观特性。该模型考虑了材料失效,并在失效发生时对材料进行退化处理。该过程由用户材料子... 研究了E-glass/epoxy机织复合材料的失效破坏过程及预测该材料的失效强度。模型基于复合材料微观力学对机织复合材料进行均化处理从而获得材料的宏观特性。该模型考虑了材料失效,并在失效发生时对材料进行退化处理。该过程由用户材料子程序实现。利用这一模型可很好地研究材料失效过程,预测材料的失效强度,得到与实验结果相符的应力应变曲线。 展开更多
关键词 平纹机织复合材料 材料均化 失效强度 失效过程
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基于多尺度分析的平纹机织复合材料贴补结构抗冲击性能研究 被引量:3
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作者 皮晓璠 铁瑛 胡明浩 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期188-197,共10页
由于平纹机织复合材料修补结构对冲击荷载下产生的响应具有多尺度的影响,采用多尺度方法建立数值分析模型,对平纹机织和单向铺层复合材料修补结构冲击响应间的差异进行研究;同时,对不同冲击能量下平纹机织复合材料修补结构的损伤演化和... 由于平纹机织复合材料修补结构对冲击荷载下产生的响应具有多尺度的影响,采用多尺度方法建立数值分析模型,对平纹机织和单向铺层复合材料修补结构冲击响应间的差异进行研究;同时,对不同冲击能量下平纹机织复合材料修补结构的损伤演化和补片形状对结构抗冲击性能的影响也开展了研究。通过建立纤维束微观和代表性单元(representative volume element,RVE)细观模型,预测细观材料性能,进一步采用局部均匀化方法得到平纹机织复材的宏观交叉层合板等效模型(Equivalent cross-ply laminate,ECPL),完成修补结构多尺度抗冲击损伤性能分析模型构建;利用连续损伤力学模型和三维Hashin准则对冲击过程中修补结构损伤演化进行分析,并通过落锤冲击试验力和能量曲线验证了数值模型的准确性。数值和试验结果表明:平纹机织修补结构较单向层合板修补结构具有更好的抗冲击性能;其冲击损伤主要沿着0/90方向分布,随着冲击能量的提高,主要承力部位由补片转移到母板;当冲击能量达到12 J时,胶层开始出现失效脱落现象;圆形补片修补的平纹机织结构具有更好的抗冲击性能。 展开更多
关键词 平纹机织复合材料 贴补修补 损伤演化 补片形状 抗冲击性能
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碳纤维平纹机织复合材料低速冲击损伤的非线性超声检测研究 被引量:1
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作者 程振锋 贾康康 李成 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2023年第5期94-101,共8页
针对碳纤维环氧树脂基平纹机织复合材料的低速冲击损伤,构建了低速冲击-超声检测一体化有限元模型。基于渐进均匀化方法构建了平纹机织复合材料的真实细观单胞模型;基于三维Hashin失效准则对扩展的宏观复合材料板模型在不同冲击能量下... 针对碳纤维环氧树脂基平纹机织复合材料的低速冲击损伤,构建了低速冲击-超声检测一体化有限元模型。基于渐进均匀化方法构建了平纹机织复合材料的真实细观单胞模型;基于三维Hashin失效准则对扩展的宏观复合材料板模型在不同冲击能量下的低速冲击损伤进行数值模拟;通过超声Lamb波对损伤区域的非线性响应评估材料内部的损伤情况。利用RAM-5000 SNAP非线性超声检测系统对不同冲击能量的试验试样进行检测,对比仿真结果。结果表明:一体化模型有效可行;超声Lamb波可用于检测机织材料的冲击损伤,其二次谐波幅值和相对二次非线性系数随冲击能量的增大而增大。 展开更多
关键词 平纹机织复合材料 低速冲击 非线性超声检测 LAMB波 非线性系数
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平纹机织复合材料纯电动汽车电池箱多尺度可靠性优化设计 被引量:7
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作者 吴自强 陈振中 夏雨 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第4期66-75,135,共11页
为了充分发挥碳纤维复合材料的潜能,提出一种多尺度的复合材料结构可靠性优化设计方法。以平纹机织复合材料新能源汽车电池箱为研究对象,基于有限元法的均匀化理论预测方法,将机织复合材料各尺度之间的弹性参数进行关联,建立复合材料弹... 为了充分发挥碳纤维复合材料的潜能,提出一种多尺度的复合材料结构可靠性优化设计方法。以平纹机织复合材料新能源汽车电池箱为研究对象,基于有限元法的均匀化理论预测方法,将机织复合材料各尺度之间的弹性参数进行关联,建立复合材料弹性性能预测解析模型和电池箱有限元模型。鉴于复合材料结构和设计变量受不确定性因素的影响,结合Kriging代理模型、SORA(stochastic optimal routing algorithm)法和蒙特卡洛仿真法,实现机织复合材料电池箱的多尺度可靠性优化设计。结果表明,优化后的电池箱在满足可靠性和轻量化要求的同时,能有效提高电池箱的模态频率和刚度,可为机织复合材料汽车零部件的优化设计提供指导。 展开更多
关键词 平纹机织复合材料 电动汽车 电池箱 预测模型 多尺度仿真 可靠性优化
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含缺陷C/SiC平纹机织复合材料拉伸力学行为数值模拟 被引量:4
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作者 曾翔龙 王奇志 苏飞 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期61-68,共8页
采用APDL语言实现ANSYS的二次开发,建立含预制缺陷的纤维束截面卵圆形多尺度单胞模型。首先计算纤维束单胞的初始模量,强度以及最大应变;随后利用扫描电镜图中的缺陷建立单胞模型,并引入周期性边界条件,预测材料的初始各向材料常数。同... 采用APDL语言实现ANSYS的二次开发,建立含预制缺陷的纤维束截面卵圆形多尺度单胞模型。首先计算纤维束单胞的初始模量,强度以及最大应变;随后利用扫描电镜图中的缺陷建立单胞模型,并引入周期性边界条件,预测材料的初始各向材料常数。同时利用Linde提出的逐渐损伤准则,进行单轴拉伸力学行为的数值模拟,并阐述该平纹机织复合材料单胞模型在经向拉伸载荷作用下其纤维束的损伤及演化过程。该模型计算得到的最大拉应度为0.65%,强度为256.46 MPa。结果表明,该模型给出的数值模拟结果与实验数据吻合较好,证明了模型的有效性,为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供了一种有效方法。 展开更多
关键词 平纹C/SiC复合材料 渐进损伤模型 失效准则 强度预测
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展宽机织复合材料破片高速冲击仿真模拟研究 被引量:3
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作者 杜春林 陈雷 +3 位作者 韩璐 赵振强 曹勇 张超 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2020年第8期1299-1306,共8页
本文基于数值仿真方法研究了展宽平纹机织复合材料平板在金属破片高速冲击载荷作用下的失效行为。在显示动力学求解软件LS-DYNA®中建立了平纹机织复合材料的宏观精细化有限元模型,通过多尺度分析计算得到单层机织复合材料的等效力... 本文基于数值仿真方法研究了展宽平纹机织复合材料平板在金属破片高速冲击载荷作用下的失效行为。在显示动力学求解软件LS-DYNA®中建立了平纹机织复合材料的宏观精细化有限元模型,通过多尺度分析计算得到单层机织复合材料的等效力学性能,采用经典的Chang-Chang失效准则评估复合材料靶板的冲击损伤和失效行为。通过平板高速冲击试验确定了材料在特定冲击条件下的临界穿透速度范围和典型破坏模式,并与数值仿真结果对比,验证了数值模型的准确性。在此基础上,采用所构建的冲击仿真模型研究了平纹机织复合材料在不同冲击速度(0.1~0.8 km/s)载荷下的侵彻失效特性。研究结果表明:展宽机织复合材料平板在承受高速冲击载荷过程中,中间层受压缩损伤区域较小,靠近边界层损伤区域较大;随着冲击速度的增加,机织复合材料平板受压缩损伤区域减小;在冲击速度为0.2~0.8 km/s下,平板吸收能量与破片冲击速度呈近线性关系。 展开更多
关键词 平纹机织复合材料 穿透速度阈值 高速破片冲击 损伤 有限元模拟
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