刘佳
,
周光明
,
王新峰
,
周储伟
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2008.z1.089
对管状结构的三维机织复合材料采用椭圆形纤维束截面假设,提出一种管状结构的单元体划分方式,建立力学模型预测其工程弹性常数.采用分层研究的方法.讨论了弹性模量以及纤维体积含量与圆管半径的关系.自行设计了一套RTM(Resin Transfer Molding)注射装置并研究其成型工艺,制备实验件进行轴向拉伸、压缩和扭转实验,理论预测值和实验值具有良好的一致性,证明力学模型的正确性.
关键词:
三维机织
,
管状复合材料
,
力学模型
,
实验
周储伟
,
王鑫伟
,
杨卫
,
方岱宁
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2001.04.014
用细观计算力学的方法分析了短纤维增强金属基复合材料(MMC)多重损伤的相互作用及对拉伸强度的影响.采用唯象的内聚力模型模拟界面的脱粘;G-T模型描述延性基体的损伤.在胞元模型的基础上研究了界面强度、纤维长径比等细观参数对材料损伤模式及强韧性的影响.研究表明,界面较弱时,损伤以界面脱粘为主,界面的强度决定了材料强度;当界面较强时,晶须将发生断裂,材料的最终强度由晶须的强度决定.不同界面强度条件下基体中损伤的分布不同.
关键词:
金属基复合材料
,
细观力学
,
损伤
,
内聚力模型
,
G-T模型
周储伟
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2005.04.022
提出了一种高体积含量颗粒增强复合材料的细观力学模型.该模型将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球,两颗粒之间的粘接材料(基体)简化为连接颗粒的一段圆柱体,假设了圆柱形基体中的细观位移分布形式,在此基础上分析了一对颗粒之间弹性的细观应力场和细观弹性系数,将颗粒对的细观弹性系数在空间各个方向上平均,得到材料的宏观弹性常数,并建立了宏、细观分析之间的联系.最后用本模型分析了一种实际材料(两种体积含量),弹性常数的预测与实验吻合良好,研究还发现颗粒的空间分布方式对材料宏观弹性常数的影响不大,而对细观应力的影响显著.
关键词:
颗粒增强复合材料
,
细观力学
,
平均化方法
,
等效模量
周储伟
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2005.04.023
在高体积含量颗粒增强复合材料细观弹性分析的基础上,引入了细观塑性和细观损伤模型:基体用服从Von Mises屈服准则的理想弹塑性材料模拟,用沿圆柱形基体轴线方向的平均应力(即对称面上的应力)来判断基体的屈服,并将基体的塑性部分简化为圆柱状轴对称区域.建立了基体和颗粒/基体界面统一的损伤准则,该准则同时考虑了最大应变和三轴应力的影响,通过对细观塑性和细观损伤在空间取向上的平均,建立了材料宏观模量的折减法则.用该细观力学模型,数值模拟了一种实际金属基复合材料的强度实验,理论模型与实验结果吻合.
关键词:
颗粒增强复合材料
,
细观力学
,
弹塑性分析
,
损伤
周储伟
,
张音旋
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2007.05.023
建立了一种三维机织复合材料多尺度的黏弹性分析模型.首先构造了微观尺度纱线束胞元和细观尺度复合材料周期结构胞元两级有限元模型,由微观尺度胞元分析得到纱线束的弹性常数,再代入细观尺度胞元计算出复合材料的平均弹性常数.两级胞元模型均施加周期边界条件,保证了胞元边界上位移和应力满足周期性和连续性.随后分别建立了树脂基体和浸润树脂纱线束的蠕变模型,用实验标定树脂的蠕变参数,代入微观尺度胞元进行蠕变计算来修正纱线束蠕变模型的参数.最后将树脂和纱线束的蠕变本构关系应用于细观尺度胞元,得到材料宏观平均的应力-应变响应,模拟了三维机织复合材料的蠕变实验曲线.本文模型对于该种复合材料弹性常数和蠕变性能的预测,均与实验吻合.
关键词:
三维机织复合材料
,
多尺度分析
,
周期胞元
,
黏弹性
喻溅鉴
,
周储伟
复合材料学报
提出一种三维黏聚力界面损伤模型, 可以描述单调和交变载荷下层合复合材料混合型的分层损伤. 损伤用界面所经历过的最大位移间断来定义, 交变荷载下一个周期的加、卸载过程均考虑有损伤积累, 模型还考虑了单调和疲劳损伤的门槛效应和交变载荷下裂纹的闭合效应. 建立了包含该界面损伤模型的初始无厚度八节点等参界面单元, 并引入加速损伤的算法, 用一次计算循环代替若干次实际循环, 提高计算效率. 用该单元模型对某复合材料动部件疲劳分层裂纹的形成和扩展进行了模拟, 得到了分层裂纹前沿界面局部损伤和结构疲劳分层的发展规律, 模型预测的裂纹长度一荷载循环次数对数(α-logN)曲线和结构剩余刚度与试验数据吻合.
关键词:
层合复合材料
,
疲劳分层
,
损伤累积
,
黏聚力模型
,
界面单元
张剑
,
周储伟
,
雷笑
,
叶见曙
,
卓家寿
复合材料学报
对于混杂CFRP/GFRP筋高性能混凝土(HPC)梁,研究一种新的三维非线性梁壳组合单元,对HPC梁进行了全过程分析.引入实体退化壳单元理论,利用空间梁单元模拟预应力CFRP筋,并根据CFRP筋单元节点线位移和转角位移的协调性,推导CFRP筋单元对梁壳组合单元刚度矩阵的贡献,同时对GFRP筋和HPC梁采用分层壳单元模拟.并运用Jiang屈服准则、Madrid强化准则等描述混凝土的材料非线性,提出一种新的非线性梁壳组合单元,研制相应的三维非线性计算程序.计算结果与试验数据吻合良好,说明本文构造的非线性梁壳组合单元的正确性和研制程序的可靠性,以及混凝土材料非线性描述的合理性;采用组合单元能准确模拟CFRP筋的几何构形,能综合考虑其拉压弯剪性能,利于全面地反映配筋对结构的增强作用.
关键词:
CFRP筋
,
GFRP筋
,
梁壳组合单元
,
HPC梁
,
材料非线性
焦志文
,
周储伟
复合材料学报
采用多尺度耦合的数值模型研究了圆管状立体机织复合材料的力学性能.建立了反映纤维束中纤维/基体二相材料的微观尺度单胞和反映周期性编织结构的细观尺度扇形单胞,并重点讨论了扇形单胞的周期性边界条件.通过逐级计算微观单胞、细观单胞的平均弹性常数.得到了圆管状立体机织复合材料的刚度参数,实现了由组分材料性能及编织参数预测圆管的宏观弹性性能,模型预测刚度与试验结果吻合.另一方面,研究了从大到小各尺度耦合的应力分析,对于圆管环向应力非周期分布的情况,建立了嵌入细观单胞的环状模型,进行了复杂荷载下从宏观圆管结构、到细观纤维束尺度、再到微观纤维尺度之间的逐级应力分析.
关键词:
立体机织复合材料
,
圆管
,
多尺度耦合分析
,
单胞
,
周期性边界条件
于飞
,
陈向明
,
张阿盈
,
周储伟
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150505.001
针对传统内聚力损伤模型(CZM)无法考虑层内裂纹对界面分层影响的缺点,提出了一种改进的适用于复合材料层合板低速冲击损伤模拟的CZM.通过对界面单元内聚力本构模型中的损伤起始准则进行修正,考虑了界面层相邻铺层内基体、纤维的损伤状态及应力分布对层间强度和分层扩展的影响.基于ABAQUS用户子程序VUMAT,结合本文模型及层合板失效判据,建立了模拟复合材料层合板在低速冲击作用下的渐进损伤过程的有限元模型,计算了不同铺层角度和材料属性的层合板在低速冲击作用下的损伤状态.通过数值模拟与试验结果的对比,验证了本文方法的精度及合理性.
关键词:
低速冲击
,
内聚力模型
,
层内裂纹
,
渐进损伤
,
有限元模拟
张剑
,
周储伟
,
俞博
,
林晶
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160729.001
对于不同混杂配比的预应力高性能混杂纤维增强(HFRP)布,建立高性能HFRP布加固高性能混凝土(HPC)梁的双重非线性分层组合(DNLC)单元模型.根据实体退化单元理论,采用初应力等参层单元对高性能HFRP布的体外预应力效应进行模拟,同时正确地考虑HPC梁的材料非线性效应以及结构的几何非线性,验证DNLC单元分析模型的正确性,并对HPC梁的开裂荷载、普通钢筋应力、高性能HFRP布应力重分布等进行研究.结合试验资料分析表明,预应力碳/玻璃纤维混杂(CFRP/GFRP)布加固HPC梁的理论结果与试验数据吻合程度良好,采用等参层单元有效地模拟高性能HFRP布的预应力作用,及所推导的DNLC单元正确性.预应力GFRP纤维布加固的开裂荷载等均较低,预应力CFRP纤维布加固的开裂荷载等有所提高,但剩余强度过大.HPC梁开裂荷载前预应力高性能HFRP布应力发展缓慢,屈服荷载后,其发展迅速直至结构失效.
关键词:
HFRP布
,
HPC梁
,
DNLC单元
,
预应力
,
应力重分布
