面向一体化设计的船用碳玻混杂复合材料帽型加筋板结构多尺度分析

1

作者 刘安宇 刘斌 +2 位作者 雷加静 秦恺 吴卫国 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期257-267,共11页

[目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态,旨在提升船用复合材料结构的极限强度,提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法,建立细观材料与宏观结构的尺度关联,探究细观参数对宏观加筋板极限强度的影响... [目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态,旨在提升船用复合材料结构的极限强度,提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法,建立细观材料与宏观结构的尺度关联,探究细观参数对宏观加筋板极限强度的影响以及碳玻层内混杂与层间混杂的力学性能差异,通过对比分析获得更优结构形式。[结果]采用建立的微-细-宏观力学模型,改善了复合材料细观参数,提高了宏观加筋板极限强度。通过调整TC33纱线间距和纱线截面积、WR纱线截面积、混杂方式,使得设计的复合材料帽型加筋结构具有更优的极限强度。[结论]通过多方案对比寻优,在满足规范要求的前提下可实现材料与结构一体化设计,为新一代舰船设计提供理论指导和技术支撑。 展开更多

关键词 结构设计 碳玻混杂复合材料 帽型加筋板 极限强度 一体化设计 多尺度方法

在线阅读 下载PDF 职称材料

湿热环境下单向铺设玻/碳纤维混杂复合材料拉弯组合强度

2

作者 刘焕琦 孙双双 +1 位作者 邵士儒 张哲 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期39-46,共8页

本研究将复合材料单层板的刚度和强度性能表达成湿热参数的函数,基于经典层合板理论编写了MATLAB计算程序,研究了拉弯载荷比、混杂比、铺层顺序、铺层角度、温度和湿度对湿热环境下单向铺设玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板拉弯组... 本研究将复合材料单层板的刚度和强度性能表达成湿热参数的函数,基于经典层合板理论编写了MATLAB计算程序,研究了拉弯载荷比、混杂比、铺层顺序、铺层角度、温度和湿度对湿热环境下单向铺设玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板拉弯组合强度的影响和规律。结果表明:湿热环境下,拉弯组合载荷下的单向铺设G/CFHC层合板拉伸载荷方向的强度随拉弯载荷比的增大而增大,弯曲载荷方向的强度随拉弯载荷比的增大而减小;混杂比和铺层顺序对单向铺设G/CFHC层合板的拉弯组合强度的影响较大;单向铺设G/CFHC层合板的拉弯组合强度随铺层角度的增加而减小;单向铺设G/CFHC层合板的拉弯组合强度随着温度的升高而降低,湿态环境会导致强度降低。 展开更多

关键词 玻/碳纤维混杂复合材料 湿热环境 单向铺设 拉弯组合强度

在线阅读 下载PDF 职称材料

玻/碳混杂纤维复合材料加筋板的屈曲和后屈曲分析 被引量：1

3

作者 孙双双 王修刚 王强强 《复合材料科学与工程》 北大核心 2024年第11期22-33,共12页

对玻/碳混杂纤维复合材料加筋板进行了研究,借助有限元软件ABAQUS对加筋板的屈曲载荷和极限承载能力进行了计算,讨论了筋条截面形式、筋条数量、筋条尺寸对复合材料加筋板屈曲载荷的影响,研究了后屈曲阶段结构的载荷-位移曲线以及损伤... 对玻/碳混杂纤维复合材料加筋板进行了研究,借助有限元软件ABAQUS对加筋板的屈曲载荷和极限承载能力进行了计算,讨论了筋条截面形式、筋条数量、筋条尺寸对复合材料加筋板屈曲载荷的影响,研究了后屈曲阶段结构的载荷-位移曲线以及损伤失效模式。结果表明:工字形加筋方式优于J形和T形加筋方式。相同的加筋方式下,玻/碳夹芯混杂纤维复合材料加筋板的抗屈曲能力优于层间混杂复合材料加筋板抗屈曲能力。三种加筋方式下,结构的屈曲载荷均随着筋条数量的增加而提高,且筋条数目为3时提升效率最大;筋条高度为10 mm时对结构抗屈曲能力的提高效率最高,上缘条宽度和下缘条宽度对屈曲载荷的影响较小。此外,后屈曲失效模式主要为基体的拉伸损伤失效和纤维的压缩损伤失效,损伤的区域和趋势主要与纤维铺设角度和铺设顺序有关。 展开更多

关键词 玻/碳混杂纤维复合材料 加筋板 屈曲 后屈曲 渐近损伤

在线阅读 下载PDF 职称材料

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料梁阻尼特性的细观力学分析

4

作者 邵士儒 王洋 孙双双 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期202-211,共10页

基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺... 基于复合材料细观力学,利用能量耗散原理及宏观应变能法建立了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的阻尼预测模型。利用MATLAB软件编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料损耗因子的计算程序,研究了纤维铺设角度、体积分数、铺层顺序以及湿热效应对玻/碳纤维混杂复合材料层合梁阻尼性能的影响规律。结果表明:湿热环境导致材料产生湿热应变是影响阻尼特性的主要机理;玻/碳纤维混杂复合材料层合梁的损耗因子均随温度及吸水浓度的增大而增大,且温度的影响远大于吸水浓度的影响;纤维体积分数越高,受湿热影响程度越大;铺层角度对损耗因子影响远高于湿热、混杂方式、纤维体积分数的影响。 展开更多

关键词 损耗因子 玻/碳纤维混杂复合材料 应变能法 湿热效应 细观力学分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料弯曲强度的宏观力学分析 被引量：2

5

作者 赵迅鹏 孙双双 王洋 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第9期41-47,75,共8页

本文将复合材料单层板的刚度和强度性能表达成湿热参数的函数。基于经典层合板理论和宏观力学方法,用MATLAB编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)弯曲强度的计算程序。研究了湿热环境对玻/碳纤维层间混杂复合材料和玻/碳纤维... 本文将复合材料单层板的刚度和强度性能表达成湿热参数的函数。基于经典层合板理论和宏观力学方法,用MATLAB编写了湿热环境下玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)弯曲强度的计算程序。研究了湿热环境对玻/碳纤维层间混杂复合材料和玻/碳纤维夹芯混杂复合材料弯曲强度的影响。分析了湿热环境下不同混杂方式的G/CFHC层合板弯曲强度变化规律。结果表明:在湿热环境20℃~100℃温度区间内,G/CFHC层合板吸湿后,随着温度的升高其弯曲强度逐渐降低;在湿热环境下,±45°层相邻的G/CFHC层合板受层间切应力影响,其弯曲强度要低;在湿热环境20℃~110℃温度区间内,以(0°/90°)为递增单元,G/CFHC层合板的弯曲强度随着m的增加而增大。 展开更多

关键词 宏观力学分析 经典层合板理论 湿热环境 玻/碳纤维混杂复合材料 弯曲强度

在线阅读 下载PDF 职称材料

热-机载荷作用下玻/碳纤维混杂复合材料层合板的屈曲分析 被引量：1

6

作者 王修刚 孙双双 +1 位作者 张胜旗 马佳宾 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2023年第12期88-95,共8页

本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层... 本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲特性的影响。结果表明:在20~120℃环境条件下,温度对G/CFHC层合板影响较大,随着温度的升高,层合板的屈曲载荷不断下降,在达到一定温度后,屈曲载荷的下降趋势趋于平缓;在铺层角度相同的前提下,屈曲载荷会随着碳纤维单层板位置的变化而发生变化,碳纤维单层板从外层逐渐向中间层移动的过程中,屈曲载荷呈降低趋势;铺层厚度对层合板的屈曲载荷影响很大,随着层合板厚度的增加,屈曲载荷呈现出持续上升的趋势。此外,纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲载荷有显著影响。在层合板厚度和层数一定时,增加碳纤维单层板的数量可以有效提高G/CFHC层合板的抗屈曲能力,增加其稳定性。 展开更多

关键词 玻/碳纤维混杂复合材料 热-机载荷 有限元法 屈曲载荷

在线阅读 下载PDF 职称材料

低速冲击下碳/玻混杂复合材料红外辐射特征 被引量：1

7

作者 赵志彬 杨正伟 +3 位作者 李胤 寇光杰 陈金树 张炜 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期177-186,共10页

碳/玻混杂复合材料在工业应用中表现出巨大的应用潜力。基于红外热像法试验研究了碳/玻混杂复合材料层压板与2种非混杂材料低速冲击下的红外辐射特征。通过目视、超声C扫描和光学显微镜等方法确定冲击后层压板的损伤模式,分析热图序列... 碳/玻混杂复合材料在工业应用中表现出巨大的应用潜力。基于红外热像法试验研究了碳/玻混杂复合材料层压板与2种非混杂材料低速冲击下的红外辐射特征。通过目视、超声C扫描和光学显微镜等方法确定冲击后层压板的损伤模式,分析热图序列的时序变化特征和温度分布特征,从而表征冲击过程中的热耗散效应。结果表明:红外热成像技术非常适合监测低速冲击下纤维增强复合材料的损伤过程,通过热图序列可以建立起监测特征与各损伤模式之间的联系;同时发现碳/玻纤维的层间混杂可有效提升碳纤维强基复合材料(CFRP)的抗分层能力,随着冲击能量增加其抗分层能力愈加明显,冲击后的碳/玻混杂复合材料兼具较大的表面损伤和较小的分层损伤,拥有较好的损伤容限。 展开更多

关键词 碳/玻混杂复合材料 红外热成像 低速冲击 在线监测 损伤表征

在线阅读 下载PDF 职称材料

C/G混杂复合材料层合板中分散程度的表征方法研究

8

作者 马腾 李炜 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期36-41,共6页

对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力... 对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力学性能关系的不足,又可以同时适用于层间和单向层内混杂复合材料分散程度的表征。 展开更多

关键词 碳玻混杂复合材料 单向层内混杂 层间混杂 分散程度 表征

在线阅读 下载PDF 职称材料

CF/GF混杂复合材料性能分析及其在风电叶片上的应用 被引量：13

9

作者 王海珍 颜晨 +4 位作者 王兴波 宋秋香 杜微 贾智源 和陈淳 《玻璃钢／复合材料》 CSCD 北大核心 2014年第11期67-71,15,共6页

本文通过设计11组碳/玻混杂纤维复合材料（HFRP）样条的拉伸对比实验,分析研究CF与GF的不同混杂比对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着玻璃纤维中加入碳纤维相对体积分数的增大,其拉伸强度和模量也随之增大,断裂延伸率随之降低。... 本文通过设计11组碳/玻混杂纤维复合材料（HFRP）样条的拉伸对比实验,分析研究CF与GF的不同混杂比对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着玻璃纤维中加入碳纤维相对体积分数的增大,其拉伸强度和模量也随之增大,断裂延伸率随之降低。通过理论计算,50m长风电叶片主梁帽采用碳/玻混杂复合材料比采用纯玻纤其重量可降低10%～60%,成本将提高150%～310%,而相对于整支叶片重量可降低4%～22%,相对于整机其整体成本相当甚至降低。 展开更多

关键词 碳/玻混杂复合材料 拉伸性能 风电叶片 主梁帽 减重

在线阅读 下载PDF 职称材料

热力耦合下玻/碳纤维混杂复合材料层合板的拉伸强度及其损伤分析

10

作者 马佳宾 孙双双 王强强 《材料科学与工程学报》 2025年第4期661-669,696,共10页

本研究开发了用户定义(UMAT)子程序,采取顺序热力耦合的分析方法,利用ABAQUS软件分析了玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板在受到机械载荷与热载荷共同作用下的强度和损伤,讨论了混杂方式、铺层顺序及温度对G/CFHC层合板强度及损伤的... 本研究开发了用户定义(UMAT)子程序,采取顺序热力耦合的分析方法,利用ABAQUS软件分析了玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板在受到机械载荷与热载荷共同作用下的强度和损伤,讨论了混杂方式、铺层顺序及温度对G/CFHC层合板强度及损伤的影响。结果表明:相同温度环境下,(0_(C)/90_(G))_(2S)铺层下的层合板强度最高;玻/碳纤维混杂比为1∶3时,层合板的拉伸强度最高;随着温度的不断提高,各单层板的损伤范围不断扩大,各单层板损伤差距明显。层合板的失效损伤是由多种损伤共同作用导致的,在外界热载荷的作用下,纤维与基体之间存在热不匹配现象,基体的热膨胀系数远超于纤维,基体的受热变形大于纤维,而纤维会限制基体的变形,进而导致基体的损伤。 展开更多

关键词 玻/碳纤维混杂复合材料 热力耦合 拉伸强度 损伤

在线阅读 下载PDF 职称材料

轴压下玻/碳纤维混杂复合材料薄壁圆筒屈曲分析

11

作者 王强强 孙双双 张哲 《宇航材料工艺》 2025年第4期34-40,共7页

轴向压缩作用下薄壁圆筒结构容易发生屈曲,本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)薄壁圆筒为研究对象,设计六种铺层顺序,借助ABAQUS有限元分析软件,讨论了单层碳纤维复合材料板位置、铺层厚度、玻/碳纤维混杂比对G/CFHC薄壁圆筒屈曲载荷... 轴向压缩作用下薄壁圆筒结构容易发生屈曲,本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)薄壁圆筒为研究对象,设计六种铺层顺序,借助ABAQUS有限元分析软件,讨论了单层碳纤维复合材料板位置、铺层厚度、玻/碳纤维混杂比对G/CFHC薄壁圆筒屈曲载荷的影响。研究发现:在相同的铺层角度下,单层碳纤维板位置的改变将会导致结构屈曲载荷的变化,且对于单向铺设的G/CFHC薄壁圆筒,对屈曲载荷的影响规律一致,最大屈曲载荷均出现在单层碳纤维板位于最外层时,多向铺设中增加单层碳板甚至会使得结构的屈曲载荷降低;对于不同铺层顺序的薄壁圆筒,随着铺层厚度的增加对应的屈曲载荷均逐渐增大;在结构的厚度和层数一定时,增加单层碳纤维复合材料、合理改变玻/碳纤维混杂方式均会使得结构的屈曲临界载荷增加,提升结构的稳定性。 展开更多

关键词 玻/碳纤维混杂复合材料 轴向压缩 薄壁圆筒 屈曲载荷

在线阅读 下载PDF 职称材料