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复合材料层合结构的自由边效应是复合材料结构总体破坏的主要因素之一.本文对复合材料层合结构自由边效应进行了实验研究,得到了自由边效应的分布规律,即层间应力在自由边界和载荷边界附近有明显的应力集中,在离开边界的地方应力集中现象很快消失.实验结果与数值模拟结果趋势基本一致,这一规律的发现可为复合材料制造工艺和工程应用提供指导.

关键词: 复合材料 , 层合结构 , 自由边效应 , 层间应力 , 实验研究

微叠层结构材料的研究现状

马培燕 , 傅正义

材料科学与工程学报 doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2002.04.032

本文论述了微叠层材料性能优越于单体材料的原因:该材料的层间距较小,限制了位错的移动和缺陷的尺寸.微叠层材料制备方法有多种,磁控溅射是制备纳米级微叠层材料的有效方法.Hall-Petch理论,Orowan变形理论,多微粒模型等是计算层间应力的较好的理论.本文也提出了目前有发展前途的几种微叠层材料,并认为制备纳米级微叠层材料、研究其断裂和脱层机理、增韧机理是该材料领域的重要研究方向.

关键词: 微叠层材料 , 层间距 , 制备方法 , 层间应力

复合材料加筋结构界面层间应力分析建模

石庆华 , 戴棣 , 曹正华

材料科学与工程学报

通过采用将复合材料加筋结构在界面附近按照单层、在界面附近以外的区域处理为均质各向异性材料,建立了一种复合材料加筋结构界面层间应力分析的新模型.采用该模型大大减少了加筋结构分析时需要的单元数目,同时又能得出界面上的层间应力.算例表明这种建模方法是切实可行的.算例揭示出了界面上层间应力的分布规律,得出了一些重要结论.

关键词: 复合材料 , 筋条 , 界面 , 层间应力

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

姜年朝 , 周光明 , 张逊 , 戴勇 , 张志清 , 尹剑

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z1.028

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据；这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.

关键词: 复合材料层合板 , 有限元 , 层间应力 , NASTRAN

热塑性复合材料层合板的层间应力与损伤机理

丁淑蓉 , 佟景伟 , 沈珉 , F.Aymerich , P.Priolo

材料研究学报 doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2005.02.011

使用有限元生成软件FEPG和表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维粘塑性模型,计算了复合材料角铺设层合板在单向拉伸时的界面层间应力.层间应力的三维分布图表明,AS4/PEEK对称角铺设层合板的层间剪应力在自由边缘处存在很明显的自由边缘效应;层间正应力也存在自由边缘效应,对于轴向拉伸,其在自由边缘处的值为负.随着铺设角的增大,自由边缘处二者的值均减小.层间应力存在端头效应,甚至比边缘效应还明显.随着铺设角的增大,层间应力在两端头处的值降低,层间正应力由压应力变为拉应力.主要由纤维控制的角铺设AS4/PEEK层合板,在自由边缘处较大的层间剪应力是引起其层间分层的主要原因;主要由基体控制的角铺设AS4/PEEK层合板,其首先产生的是面内应力破坏,而不是层间分层.

关键词: 复合材料 , AS4/PEEK , 三维粘塑性模型 , 层间应力 , 损伤机理

基于组合单元的层压复合材料三维应力分析

李亚智 , 郭晓波 , 黄志远

复合材料学报

为了分析层压复合材料层间特性,推导了将刚性元-弹簧元相结合的离散型界面单元的刚度矩阵.建立了层压板的准三维模型,即将Mindlin板单元应用于层压板的各子层,层间作用则利用上述界面单元来模拟.通过弯曲板元计算子层面内应力,通过界面单元的弹簧力确定层间应力.对受面内拉伸的多向层压板条进行了应力分析,与使用商业软件三维实体模型计算得到的层间和面内应力对比,结果表明准三维模型的计算结果合理.这种新型界面单元的优点是可用来表征层间损伤,并且能通过对弹簧刚度的消减来模拟分层损伤的演变.

关键词: 复合材料层压板 , 有限元 , 准三维模型 , 层间应力 , 面内应力

开孔碳纤维层合板层间应力分析

郭绍伟 , 张永存 , 宋恩鹏 , 孙先念 , 徐雅楠 , 刘书田

复合材料学报

针对具有典型铺设角[0/45/-45/90]的开孔碳纤维层合板,采用三维有限元数值模拟方法,分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力,讨论了界面层参数对层间应力的影响,详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生的位置。结果表明：对于相同铺设角的界面层,沿厚度方向的位置影响层间应力的大小,但不影响分布趋势;而铺层顺序（如[角度1/角度2]或[角度2/角度1]）对层间应力的大小和分布趋势影响则较小。最大层间正应力产生于[-45/90]的界面层,位于与拉伸方向成90°的位置,是外加拉伸应力的51%;最大层间剪应力产生于[-45/0]的界面层,最大层间环向剪应力位于与拉伸方向成74°的位置,是外加拉伸应力的64%;而最大层间径向剪应力位于与拉伸方向成66°的位置,是外加拉伸应力的25%。

关键词: 典型铺设角 , 开孔层合板 , 层间应力 , 自由边效应 , 界面层参数

螺栓夹持填充孔复合材料层压板层间应力分析

曹勇 , 冯蕴雯 , 姚雄华

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140718.003

为了研究含螺栓复合材料层压板连接接头的层间应力分布规律,提出了采用填充孔形式和虚拟界面层方法求解层间应力,并建立了三维有限元模型对受面内压缩载荷的螺栓夹持填充孔层压板进行分析.结果表明:层压板层间应力集中不仅发生在孔边,还会在螺栓头边缘附近出现,且夹持力越大螺栓头边缘附近的层间应力集中越严重;合理的螺栓夹持力能改善孔边应力状态,提高孔边抵抗分层的能力,但无法改善螺栓头边缘附近的层间剪切应力集中状态.因此,在进行含螺栓夹持的层压板机械连接结构孔边层间强度设计时,也要考虑螺栓头边缘的层间剪切应力集中问题,以提高复合材料结构的安全性.

关键词: 复合材料层压板 , 层间应力 , 填充孔压缩 , 螺栓夹持力 , 分层失效