章继峰
,
王振清
,
周健生
,
张博明
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2009.03.006
代表性体积元法是研究复合材料这类具有多尺度、离散分布多相体的有效手段.本文考虑复合材料增强体几何离散分布特征,通过引入增强体的离散分布函数,应用Python语言实现了Abaqus的二次开发,建立了长纤维增强结构复合材料代表性体积元的参数化自动生成方法.结果表明:(1)应用Python-Abaqus建立复合材料RVE随机特征模型是可行的;(2)该方法生成的模型纤维体积分数达65%,满足一般工艺的要求;(3)应用移动窗法给出代表性体积元的尺寸,体积元内应力的分布特征与一般合理预计是相符的.该研究为多尺度复合材料微结构提供了一种分析方法,可应用于复合材料微结构增效设计.
关键词:
代表性体积元
,
Python-Abaqus
,
二次开发
,
复合材料
章继峰
,
张博明
,
武湛君
,
杜善义
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2007.04.027
先进复合材料格栅结构(AGS)在航空、航天结构工程中有着广泛的应用前景.本文作者针对低速冲击载荷作用下先进复合材料格栅结构的载荷重构进行了研究.本文中研究了平板型复合材料格栅结构在横向低速冲击载荷作用下的前向响应近似模型.考虑AGS板蒙皮/肋的弯剪耦合效应和截面偏心距e,对平板型复合材料格栅结构的等效刚度模型进行了改进.基于改进的等效刚度模型和非对称Mindlin板理论,建立了平板型格栅结构的前向响应近似模型及其状态空间表达式,应用傅立叶展开求解了低速横向冲击载荷作用下的结构响应,并通过数值试验验证了该方法的实用性与可靠性.该部分研究将为平板型复合材料格栅结构的载荷重构Ⅱ:逆向重构的研究提供前提条件和理论基础.
关键词:
载荷重构
,
先进复合材料格栅结构
,
前向响应模型
,
等效刚度模型
章继峰
,
王振清
,
武湛君
,
张博明
,
杜善义
复合材料学报
将最优化方法应用到复合材料格栅板的载荷重构中,基于文献[11]所建立的前向响应模型,通过构造误差性能指标J表征前向响应模型与实测响应的差,将载荷的反演转换为所定义误差性能指标极值条件的获取,应用平滑算法对指标J的极值进行了求解;并借助分布式响应的功率梯度云和指标J极值点的搜索给出了一套由粗到精的载荷定位方法,实现了AGS板的载荷时程和载荷位置的同时重构.算例与实验研究表明,本文方法具有较高的反演精度和鲁棒性,从而为AGS的工程应用提供了必要的技术储备.
关键词:
载荷重构
,
先进复合材料格栅结构
,
反演模型
,
优化算法
,
误差指标
王晓强
,
章继峰
,
王振清
,
周松
,
万云
复合材料学报
基于表面机械研磨处理技术（SMAT）和温轧工艺,可以加工出具有高强度和理想韧性的层合纳米化结构材料。为了研究层合轧压SMAT纳米化304不锈钢材料的变形行为及随后的损伤起始与演化过程,采用内聚有限元方法,建立了用于预测该材料力学性能的有限元模型。基于该模型,评估了材料中纳米晶层性质,包括法向内聚强度、切向内聚强度、损伤演化断裂能和体积含量对材料整体强度和韧性的影响。通过比较数值仿真结果与实验结果,验证了模型的合理性和准确性。同时预测结果表明,增加纳米晶层的内聚强度和减小其断裂能都能提高材料的韧性;增加纳米晶层的体积含量,材料的整体韧性降低,但强度增加。
关键词:
纳米结构
,
断裂韧度
,
强度
,
有限元分析
,
数值建模
杨斌
,
章继峰
,
梁文彦
,
周利民
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140611.002
为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料.分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律.纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt％和2wt％(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍.SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt％时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好.在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高.
关键词:
聚环状对苯二甲酸丁二醇酯
,
玻璃纤维
,
表面改性
,
真空辅助模压工艺
,
三点弯曲测试
,
纤维拔出实验
,
湿热老化
张璐
,
章继峰
,
王振清
,
周利民
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20141107.001
为了解决高黏度热塑性树脂难以制备高强度、大尺寸纤维增强热塑性复合材料构件的问题,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺与热压工艺相结合的方法,以环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)在催化剂作用下聚合成的聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)为基体,制备了纤维体积分数达70％的连续玻璃纤维(GF)/PCBT复合材料层合板及熔融连接件,并测得其力学参数.采用数值模拟方法对连接界面层数分别为1、2、3层的A、B、C型3种不同方案的GF/PCBT复合材料熔融连接接头的承载能力和失效模式进行了预测.结果表明:不同的结构设计方案对GF/PCBT复合材料接头性能的影响较大,当连接长度在一定范围内时,接头区域主要发生界面分层失效,接头处复合材料的翘曲为界面裂纹加速扩展的主要因素,C型连接方式的接头结构承载能力相比于A型连接方式有明显提高;增加C型接头连接长度,试件承载能力提高,直至接头处界面分层失效和纤维、基体失效同时发生;继续增加连接长度,纤维与基体失效将成为接头区域的主要失效模式,此时承载能力无明显提升.
关键词:
聚环状对苯二甲酸丁二醇酯
,
复合材料
,
熔融连接接头
,
分层损伤
,
数值模拟
,
VARTM
杨斌
,
雷红帅
,
王振清
,
章继峰
,
周利民
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhc1xb.20150302.003
为了研究形状记忆合金(SMA)丝增强环氧树脂复合材料的界面粘结行为,首先通过单纤维拔出试验测定了SMA/环氧树脂界面的粘结强度,重点考察了埋入深度对界面极限粘结强度及其拔出行为的影响.然后,结合ABAQUS有限元分析方法,利用基于表面内聚力行为的单元对SMA丝拔出过程中应力分布随拔出时间的变化关系进行了模拟.最后,针对SMA/环氧树脂复合材料界面粘结强度较弱的缺陷,提出了利用纳米SiO2改性SMA丝表面提升材料界面粘结强度的方法,并通过拔出试验进行了验证.结果表明:随着埋入深度从1.0 cm增加到1.5 cm和2.0 cm,最大拔出载荷显著增加,平均界面粘结强度却逐渐下降.当纤维埋入深度为2.0 cm时,在0.300 s时临界脱粘出现.利用在SMA表面涂覆纳米SiO2颗粒的方法可以增加纤维的表面粗糙度,进而有效提高SMA丝增强环氧树脂复合材料的临界拔出强度.研究结论为SMA丝在实际工程领域中的应用提供了理论指导.
关键词:
形状记忆合金丝
,
单纤维拔出试验
,
界面粘结强度
,
表面改性
,
纳米SiO2
章继峰
,
张博明
,
杜善义
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2006.03.029
在拉挤-互锁平板型复合材料格栅结构的制作演示基础上,提出了几种增强改进的方法,并实现了一种平板型复合材料格栅结构的制造.借助有限元模型,考虑到结构的力学性能和制作工艺,对结构的最优化几何参数进行了研究,建立了加帽增强平板型格栅结构几何参数的初步设计方法.
关键词:
复合材料
,
格栅结构
,
拉挤-互锁工艺
,
几何参数设计
章继峰
,
谢永刚
,
张璐
复合材料学报
采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了四种局部增强的复合材料层合板螺栓连接试件,通过试验及数值模拟对其力学性能进行了研究.数值研究中将复合材料层合板连接件的拉伸作为一个准静态问题,运用ABAQUS的显示分析算法及所编写用户材料子程序VUMAT对连接件进行了三维渐进失效模拟,同时在有限元模型中采用内聚力单元模拟了层合板与所设增强层的界面分层失效.数值计算结果与试验结果取得了较好的一致,验证了本文中数值方法的有效性.研究结果表明,不同的局部增强方案对复合材料螺栓连接性能的影响较大,设置[0/90/0/90]s铺层的内置纤维增强层能显著提高层合板的螺栓连接性能.
关键词:
复合材料层合板
,
螺栓连接
,
接头局部增强
,
显式分析
,
数值模拟
杨斌
,
章继峰
,
周利民
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.201502.004
采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)预浸料,利用真空袋辅助热压工艺制备了玻璃纤维机织布-碳纤维机织布/聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(GF-CF/PCBT)混杂复合材料层合板.利用双悬臂梁(DCB)和三点端部开口弯曲(3ENF)试验对连续纤维增强PCBT复合材料层合板的层间强度做出评估.同时,利用低速冲击试验结合Abaqus/Explicit有限元仿真重点考察了混杂纤维增强PCBT复合材料层合板的低速冲击性能.试验结果表明:尽管CF/PCBT复合材料层合板具有优异的层间性能,当冲击能量为114.3 J时,由于CF自身的脆性,CF/PCBT复合材料层合板被完全穿透,而GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板只在表面形成凹痕.与纯CF增强PCBT复合材料层合板相比,铺层形式为[CF/GF/CF]25的GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板的抗冲击损伤能力提高2倍.仿真得到的云图显示,冲击引起的应力在CF中的分布区域要明显大于在GF中的分布区域.
关键词:
环状对苯二甲酸丁二醇酯
,
玻璃纤维
,
碳纤维
,
混杂复合材料层合板
,
低速冲击
,
有限元仿真
