赵翔
,
王峰会
,
郭章新
,
刘铁军
,
黄建业
,
石海波
稀有金属材料与工程
基于Hertz方程,修正了平头压痕薄膜系统的力学模型,建立了用于评估球头压痕确定薄膜弹性模量的等效膜厚法.采用有限元方法对模型进行计算分析,结果发现,当薄膜弹性模量大于基体时,计算误差小于Ranjana和William (RW)模型[1]；当薄膜弹性模量小于基体时,对于较深的压痕计算得到的结果仍然和理论值相符,说明本模型可以用于比较深的压痕情况.另外,研究了薄膜屈服强度和球压头半径对计算结果的影响,结果显示,薄膜的压缩屈服强度越大,等效膜厚法得到的结果越准确；而在同一压痕深度下,较大的压头半径会带来较大的误差,当压痕深度较小时,薄膜的弹性模量受压头半径的影响较小.最后通过TiN/sapphire在球压头和三棱锥压头下的试验,验证了本方法.
关键词:
等效膜厚
,
薄膜/基体结构
,
球压头压痕
,
弹性模量
郭章新
,
郭美卿
,
李金强
,
韩小平
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2014.24.031
针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法.采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响.结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动.本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况.
关键词:
纤维缠绕复合材料
,
缠绕图型
,
有限元方法
,
应力
,
屈曲
沈创石
,
韩小平
,
郭章新
,
王彬
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2014.01.012
针对孔口缝合补强复合材料层合板,通过有限元软件建立了含孔口缝合补强复合材料的渐进损伤模型.利用该模型预测了不同缝合参数情况下的破坏载荷,数值结果和实验吻合较好,证明了模型的有效性.在拉伸载荷情况下,模拟不同缝合参数下不同铺层的孔边损伤情况,发现不同缝合参数对层合板纤维损伤的影响与铺层角度密切相关.结果显示缝合补强后,层合板的损伤过程有明显的推迟,特别是双缝合情形下推迟的程度尤为显著.
关键词:
含孔口层合板
,
缝合补强
,
渐进损伤
,
损伤推迟效应
韩小平
,
郭章新
,
朱西平
,
曹效昂
复合材料学报
针对含孔有限宽复合材料层合板的应力集中问题,提出一种计算孔边应力分布及应力集中因子的方法:先利用经典层板理论,将复合材料层合板化归为各向异性板;再将各向异性板等效转换为一偏轴拉伸的单向纤维层板;最后利用含孔偏轴单向板的孔边应力计算公式来分析一般铺层层合板孔边应力集中情况.根据所推导的计算公式,分析讨论了板宽/孔径比、铺层比例、铺层方式、材料性能参数等因素对孔边应力集中的影响.
关键词:
含孔复合材料层合板
,
各向异性板
,
含孔偏轴单向板
,
孔边应力
,
应力集中因子
郭章新
,
韩小平
,
朱西平
,
支希哲
复合材料学报
纤维缠绕过程会在局部区域形成纤维束的起伏、交织.针对起伏区域纤维束的非正交交织的特点,提出一种缠绕复合材料刚度的计算方法:先通过螺旋缠绕角度和起伏层倾斜角度,将三维刚度进行两次转换,然后将转换后的起伏区域的三维刚度转化成缠绕层面内二维有效刚度;利用二维有效刚度,将缠绕复合材料刚度系数A_(ij)、B_(ij)和D_(ij)各项在起伏区域上进行数值积分取平均值,再利用转换矩阵得到缠绕复合材料的整体刚度矩阵.算例的结果表明,考虑了纤维束的起伏、交织后缠绕复合材料刚度矩阵发生了一些变化,特别是耦合刚度的变化更为明显.
关键词:
纤维缠绕复合材料
,
纤维束起伏交织
,
缠绕角
,
起伏层倾角
,
刚度
韩小平
,
郭章新
,
王彬
,
朱西平
复合材料学报
提出一种缝合线计算模型,通过数值模拟计算和实验结果比较,得到缝合线计算模型中相关的弹性参数.对复合材料开口缝合补强结构进行了有限元模拟计算,分析讨论了孔边及邻近区域应变的分布规律,并计算出应变集中因子.研究了不同缝合参数(针距、行距、边距、缝合线直径、缝合线模量)对孔边应变集中的影响,给出了合理的孔口缝合参数设计方法.
关键词:
含孔层板
,
缝合补强
,
缝合线模型
,
应变集中
,
缝合参数
郭章新
,
韩小平
,
李金强
,
韩志军
复合材料学报
采用有限元分析软件ABAQUS,对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算.采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序,该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变.算例结果表明:复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零,当固化到一定阶段,残余应力迅速增加并且很快达到最大值,在降温阶段释放了部分的残余应力;在整个固化过程中,金属内衬受到压应力,而纤维缠绕层受到拉应力.本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数,提高制件的质量.
关键词:
缠绕复合材料
,
固化工艺
,
残余应力
,
残余应变
,
数值模拟
