复合材料层压板结构剪切承载能力分析
复合材料对称层压板螺栓连接孔边应力分析和接头承载能力预测
１张志民，复合材料结构力学．北京航空航天大学出版社，１９９３。９。
２ｃ｝阻碍，ＦＫ．．１＇把ｅｆｆｅｃｔｄ＃ｎｌｏａｄｄｌｓｔｆｉｌｍｆｉｏｎｏｎｔｈｅ且ｈ＿ｅｎｓｔｈ ２０（１９８６），４０１．－．４０６。 ３李顺林．复合材料工作手册．航空工业出版社，１９９８。
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ｐｉｎｈｄｅｄｈｏｌｅ．ｉｎｌ姗ｉＩ删ｃ讲“ｐ∞ｉ妇，ＪＣ的载荷或位移分布必须知道．一般假设为余
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２５８
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ｌ对称层压板结构连接示意圈
２经典层合板理论
以经典层合板理论为基础．层压板合力、合力矩与中面应变和中面曲率的关
系为： ＡＩ
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Ａ１６ Ａ２６ Ａ“ Ｂ１６ Ｂ２６ Ｂ６６
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其中
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（８）
３单层破坏准则
正交各向异性单层板破坏理论有许多．如最大应力理论、最大应变理论、 Ｔｓａｉ一３Ｈｉｌｌ理论、Ｈｏｆｆｍａｎ理论、Ｔｓａｉ—Ｗｕ理论等等。本文采用的Ｔｓａｉ—Ｈｉｌｌ理论应 用普遍、简单且较为精确。 平面应力状态下的Ｔｓａｉ—Ｈｉｌｌ强度理论表达式为：
㈡２＋２－。０删＂１０＂２＋㈤＝・
Ｙａｍａｄａ—Ｓｕｎ准则表示为：
（孙㈤∥雠磐
板轨道剪切试验时的剪切强度。 Ｃｈａｎｇ提出的特征曲线为：
㈨）
Ｓ为１０／９０１，
其巾ｏ．，ｏ ６为轴向正应力和剪应力，ｘ为纤维方向的拉伸和压缩强度，
，（日）＝ＤＩＭ／２＋ＲＩ＋（Ｒ。一Ｒ，）ＣＯＳｌ９
（１７）
式巾ＤＩＭ、ｏ为几何参数。Ｒ，＆为拉伸和压缩特征长度，可由试验测定・如图２所示： 在特征曲线上．只要任何一点的ｅ值达到或超过１．则发生破坏。 根据上述理论可以编制程序来预测单个螺栓连接接头的极限承载能力．但有 几点值得进一步研究。探讨和完善： １）通过对孔边的实际位移分析得知紧固件与孔边的实际接触角８；是小于９００ 的．冈此对孔边载荷分布的更准确的描述应当使。的取值范围为－０ ｔ《０≤ｅ。．而 不是．９００《ｏ≤９００。实际接触角０。可由算得的沿接触表面的正应力通过反复计 算，直到接触面积上的正应力都为压力以及除去接触面积以外的孔边界的位移指 向外为止。这样得到的接触角就可当作实际的接触角０。。
层状复合板层间剪切强度的研究现状_吴维
。 化学键的
。 在塑性成形过程中， 如传统的
冲压成形， 复合板所受到的层间力往往是平行界面的 剪切力， 而垂直于界面的剥离力不大。 因此， 相对于剥 离强度， 我们更重视界面的剪切强度。
收稿日期： !""# 年 $ 月
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硬件配置。 双 击 123,(24 &"" 下 拉 菜 单 12567 & 0 第三步： 弹出一个 3892: 下 面 #%";< 内 的 #%";< =<>? @A4&*$ ， 对话框， 默认的地址为 ! ， 点击 B:C 则 @A4&*$7!;@ 就 配置在#%";< 的"号导轨内。 双击已经配置好的 #%";< " 号导轨中的 % 0 第四步： 就 可 以 成 功 地 把 @9BD2E61 总 线 挂 在 @A4 ;@ 栏 ， &*$7!;@ 上。 单击 @9BD2E61 总线下的虚线， 当此线 F 0 第五步： 变为实线时， 便可根据轧辊磨床的要求将所需的 23*F&7* 及 123B;92G87H**6 连 接 到 @9BD2E61 总 线 上， 再按硬件配置 @A4 所需的 2 I B 模块， 并分配好各 （23*F& - * ） 自的地址。 这样， 所有的 8(!""3 @A4 子站 就通过 @9BD2E61 - ;@ 总线建立起来了， 这就是通常 我们所说的组态过程。 （编程器 ） 在调试机床之前， 利用 @J 将此配置好的 / 编辑 禾 禾0 软件下传到 @A4 内即可。 该配置操作简单， 容易掌握， 且根据不同的实际需要， 可增、 减 8(!""3 分布式 2 I B 的站点数量。
聚合物基复合材料及其层压板短梁剪切强度标准试验方法(D 2344)
ASTM 标准：D 2344/D 2344M–00聚合物基复合材料及其层压板短梁剪切强度标准试验方法1Standard Test Method for Short-Beam Strengthof Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates1 范围1.1 本试验方法适用于测量高模量纤维增强的聚合物基复合材料的短梁剪切强度。
短梁试件从一块曲板或平板上经机械加工而成，其厚度可达6mm[0.25in]，短梁承受3点弯曲载荷。
1.2 复合材料形式限定于连续或不连续纤维增强的聚合物基复合材料，其弹性性能关于梁的纵轴是均衡、对称的。
1.3 本标准并未打算提及，如果存在的话，与使用有关的所有安全性问题。
在使用本标准之前，本标准的用户有责任建立合适的安全与健康的操作方法，以及确定规章制度的适用性。
1.4 以国际单位（SI）或英制单位（inch–pound）给出的数值可以单独作为标准。
每一种单位制之间的数值并不严格等效，因此，每一种单位制都必须单独使用。
由两种单位制组合的数据可能导致与本标准的不相符。
2 参考文献2.1 ASTM标准D 792 置换法测量塑料密度和比重（相对密度）试验方法2Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics byDisplacementD 883 与塑料相关的术语2Terminology Relating to PlasticsD 2584 弯曲增强树脂燃烧质量损失试验方法31本试验方法由ASTM的复合材料委员会D30审定，并由单层和层压板试验方法专业委员会D30.04直接负责。
当前版本于2000年3月10日批准，2000年6月出版。
最初出版为：D 2344–65T。
上一版本为：D 2344–84(1995)。
Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced ResinsD 2734 增强塑料空隙含量试验方法3Test Method for Void Content of Reinforced PlasticsD 3171 复合材料组分含量测试方法4Test Method for Constituent Content of Composite MaterialsD 3878 复合材料术语4Terminology of Composite MaterialsD 5229/D 5229M 聚合物基复合材料吸湿性能及平衡状态调节试验方法4Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning ofPolymer Matrix Composite MaterialsD 5687/D 5687M 试件制备时按照工艺指南进行平复合材料板的制备指南4Guide for Preparation of Flat Composite Panels With Processing Guidelines forSpecimen PreparationE 4 试验机载荷标定方法5Practices for Force Verification of Testing MachinesE 6 与力学试验方法相关的术语5Terminology Relating to Methods of Mechanical TestingE 18 金属材料洛氏硬度和洛氏表面硬度试验方法5Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness ofMetallic MaterialsE 122 选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量方法6Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot orProcessE 177 ASTM试验方法中精度和偏差的使用方法6Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test MethodsE 456 与质量和统计相关的术语6Terminology Relating to Quality and StatisticsE 1309 数据库中纤维增强聚合物基复合材料的标识指南4Guide for the Identification of Fiber-Reinforced Polymer Matrix CompositeMaterials in DatabasesE 1434 数据库中纤维增强聚合物基复合材料的力学性能试验数据记录指南4Guide for Recording Mechanical Test Data of Fiber-Reinforced CompositeMaterials in DatabasesE 1471 计算机材料性能数据库中纤维、填料及蜂窝芯材料的标识指南4Guide for the Identification of Fibers, Fillers, and Core Materials in Computerized 3Annual Book of ASTM Standards, Vol 08.02.4Annual Book of ASTM Standards, Vol 15.03.5Annual Book of ASTM Standards, Vol 03.01.Material Property Databases3 术语3.1 定义——术语D 3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语。
复合材料加筋壁板承载能力分析
1.2.2 国外研究现状2
1.3本文主要研究工作3
第二章 复合材料加筋壁板承载能力分析基本理论与方法5
2.1引言5
2.2屈曲分析基本理论与计算方法5
2.2.1 加筋平板的局部屈曲分析5
2.2.2 加筋平板的总体屈曲分析6
2.2.3屈曲载荷计算方法7
2.3复合材料加筋壁板非线性屈曲基本理论8
关键词：复合材料加筋壁板，屈曲，承载能力，Hashin准则，有限元分析
The Bearing Capacity of Stiffened Composite Panels
Abstract
Composite material structure has the advantages of high specific strength, high specific stiffness, excellent designability and simple manufacturing technology. Losing stability is the most common form of failure, when the stiffened composite panel is under compressive load.In order to ensure the safety of the structure,engineers need to carry on thestability analysis of stiffened structures, namely buckling analysis. However, the structures still have a higher strength capacity after buckling, which is called post-buckling behavior. The post-buckling analysis is also needed to obtain the post-buckling failure mode and failure load.
复合材料层合板拉压和面内剪切性能的分散性实验研究
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关键词 ： 合材料 ； 学性能 ； 散性 ； 复 力 分 实验 研 究 中 图 分 类 号 ： ３ ＴＢ ３ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ Ｏ － ３ １ ２ １ ） ６０ ２ — ６ Ｏ １４ ８ （ ０ ０ ０ — ０ ００
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｉ ｅ ｅｎ ｏ ｃ ｄ Ｔ３ ０ ＱＹ８ １ ｃ ｍ ｐ ｓｔ ａ ｉａ ｅ ｈ ｅ ｓｌ ，ｃ ｍｐ ｅ ｓａ ｄ ｉ－ ｌｎ ｓｒ ｃ ：Ｆ ｒｆ ｒｒ ｉｆ ｒ ｅ ０ ／ ｂ ９ ｏ ｏ ｉ ｌｍ ｎ ｔ ，ｔ ｅ ｔｎ ｉ ｌ ｅ ｅ ｏ ｒｓ ｎ ｎ ｐａ ｅ
变 曲 线 都 几 乎 为直 线 ， 具有 脆 性 破 坏 的特 点 。并 且 利 用 统 计 学 原 理 对 实 验 结 果 进 行 统 计 分 析 ， 究 各 力 学 性 能 参 数 的 分 研 布特性 ， 果表明 ： 参数威布尔分布 、 态分布 、 结 三 正 对数 正 态分 布 能 较 好 地 描 述 各 力 学 性 能 参 数 的分 布 规 律 ， 后 给 出 复 最 合 材 料 层合 板 拉 、 、 切 性 能 的 分 散性 参 数 。 压 剪
复合材料加筋壁板承载能力分析
编号南京航空航天大学毕业设计题目复合材料加筋壁板承载能力分析学生姓名沈杨学号011110525学院航空宇航学院专业飞行器设计与工程班级0111105指导教师曾建江副教授二〇一五年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：复合材料加筋壁板承载能力分析）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：年月日（学号）：复合材料加筋壁板承载能力分析摘要复合材料结构具有比强度高、比刚度大、材料的可设计性强以及制造工艺简单等特点。
复合材料加筋壁板承受压缩等载荷作用时，丧失稳定性为其最常见的失效形式。
为了保证结构的安全性能，工程技术人员需要对其进行稳定性校核，即屈曲分析。
但是结构在失去稳定性之后往往还能继续承载，即结构的后屈曲行为特性，还需要对结构开展后屈曲分析，得到相应的破坏载荷和破坏方式。
本文以ABAQUS商用有限元软件对所选复合材料加筋壁板开展屈曲与后屈曲分析，分别研究了工型、T型、帽型加筋平板的屈曲后屈曲特性。
模型采用加载端一端固支一端加载、两侧边自由的边界条件并施加纯轴压载荷。
应用Hashin失效准则判定结构的失效及破坏。
文中加筋壁板的轴压后屈曲分析考虑了筋条和壁板所含初始缺陷的影响。
同时本文也详细研究了加筋平板在相同筋条截面积下不同截面形状、不同筋条高度对结构屈曲载荷和破坏载荷的影响。
分析结果表明：本文建立的模型及其边界条件合理有效，得到了对提高复合材料加筋壁板结构效率有参考价值的结论。
关键词：复合材料加筋壁板，屈曲，承载能力，Hashin准则，有限元分析The Bearing Capacity of Stiffened Composite PanelsAbstractComposite material structure has the advantages of high specific strength, high specific stiffness, excellent designability and simple manufacturing technology. Losing stability is the most common form of failure, when the stiffened composite panel is under compressive load. In order to ensure the safety of the structure, engineers need to carry on the stability analysis of stiffened structures, namely buckling analysis. However, the structures still have a higher strength capacity after buckling, which is called post-buckling behavior. The post-buckling analysis is also needed to obtain the post-buckling failure mode and failure load.In this paper, the buckling and post-buckling analysis of stiffened composite panels is completed by the finite element software ABAQUS. The models in this paper are the I-shaped、T-shaped、M-shaped stiffened composite panels. The boundary condition of the model is making the loading ends fixed and the two side edges free. The model is applied to the pure axial compression load. Hashin criteria is selected as the failure criterion. The post-buckling analysis has considered the influence of the initial defects of stiffened composite panels under the axial compression load. With the same cross-sectional area, this paper also discusses the effect of different shape section and different height of the ribs on the buckling load and failure loads. The analysis results show that the model is reasonable and effective. The work of this paper provides reference to improve the efficiency of the stiffened composite structures.Key Words：stiffened composite panel; buckling; bearing capacity; Hashin criteria; finiteelement analysis目录摘要 (i)Abstract (ii)第一章绪论 (1)1.1本课题研究背景及意义 (1)1.2复合材料加筋壁板国内外研究现状 (1)1.2.1 国内研究现状 (2)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3本文主要研究工作 (3)第二章复合材料加筋壁板承载能力分析基本理论与方法 (5)2.1引言 (5)2.2屈曲分析基本理论与计算方法 (5)2.2.1 加筋平板的局部屈曲分析 (5)2.2.2 加筋平板的总体屈曲分析 (6)2.2.3屈曲载荷计算方法 (7)2.3复合材料加筋壁板非线性屈曲基本理论 (8)2.4复合材料加筋壁板强度失效准则 (10)2.5本章小结 (13)第三章复合材料加筋壁板承载能力算例分析 (14)3.1引言 (14)3.2算例结构参数 (14)3.2.1材料属性 (14)3.2.2几何尺寸 (14)3.3 有限元建模 (16)3.4 屈曲后屈曲分析验证 (18)3.5 本章小结 (19)第四章复合材料加筋壁板参数分析 (20)4.1 引言 (20)4.2 构型参数 (20)4.2.1 材料属性 (20)4.2.2 截面参数 (20)4.3 筋条刚度配比对加筋壁板承载能力的影响 (23)4.3.1 工型截面 (23)4.3.2 帽型截面 (25)4.3.3 T型截面 (27)4.4 筋条截面形状对加筋壁板承载能力的影响 (29)4.5 本章小结 (30)第五章总结与展望 (31)5.1 全文总结 (31)5.2 工作展望 (31)参考文献 (33)致谢 (34)第一章绪论1.1引言复合材料由于其优异的力学性能，更大的比强度和比刚度，简单的制造工艺和更强的可设计性等特点，在航空航天、核工业、机械等重要的工业部门得到越来越多的应用。
复合材料中厚层合板在轴压位移和剪切作用下的稳定性研究
1 引言
复合材料中厚板作为主承力构件 ,除了研究它的 强度问题外 ,还需要研究其稳定性问题 。基于 Kirch2 hoff 假设基础上的经典板理论过低估计板的挠度 ,而 过高估计板的屈曲载荷 ,这是经典板理论忽略了横向 剪切效应的结果 。Reissner 和 Mindlin 等人考虑了板的 横向剪切效应 ,形成了一阶剪切板理论 ,是对板的经典 理论进行的重要改进 ,目前应用较广的是 Reddy 提出 的高阶剪切板理论 。
3. 1. 1
模态分析 (线性屈曲)
,一阶屈曲模态如图
2
所
示。
3. 1. 2 Crisfield 弧长法分析 (对板分别在两侧加方向
相反 、大小相等的小干扰力 ,以促使一阶失稳模态的产
生)
在计算过程中采用位移加载的方式 。 u 指的是 c
边各节点 x 位移平均值的绝对值 , p 指的是 c 边各节
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第 28 卷第 5 期
邵小军等 :复合材料中厚层合板在轴压位移和剪切作用下的稳定性研究
717
目前 ,国内外对复合材料层合厚板的屈曲和后屈 曲的研究已有相当发展[3] 。蒋明[4] 以挠度 w ( x , y) , 转角 ψx ( x , y) 、ψy ( x , y) 为三个独立的变量 ,用两个方 向的梁函数 X ( x) 、φl ( x) 和 Y ( y) 、φ2 ( y) 结合起来表 示屈曲面的形状 ,具有较直观的几何意义 ,且极易使其
Ξ 20040712 收到初稿 ,20050820 收到修改稿 。国家自然科学基金 (50375124) 、航空科学基金 (00B53010 ,00B53003) 和陕西省自然科学基金资助项 目。
复合材料层压板双剪连接三维失效分析
复合材料层压板双剪连接三维失效分析袁坚锋;尼早;陈保兴【摘要】Based on 3D finite element model,the non-linear 3D Hashin criteria and exponential degradation model are introduced by ABAQUS User Subroutine,the failure load and mode of double-lap bolt joint forT800 composite laminates are predicted. The results of prediction are also compared with those of test. The comparison shows the model we build can simulate the bearing damage evolution. Meanwhile,the predicted failure load and mode match results of test very well.%基于三维有限元模型,通过ABAQUS子程序引入考虑剪切非线性的三维Hashin准则和指数材料退化模型,对T800复合材料层压板双剪连接结构的破坏载荷和失效模式进行预测,并与复合材料层压板双剪挤压试验结果进行对比.计算结果表明,文章建立的模型可以很好地模拟复合材料层压板螺栓连接的挤压损伤演化,并与试验中钉孔挤压的破坏载荷和失效模式吻合.【期刊名称】《江苏科技信息》【年(卷),期】2015(000)019【总页数】3页(P54-56)【关键词】复合材料层压板;双剪连接;渐进损伤分析;有限元分析【作者】袁坚锋;尼早;陈保兴【作者单位】上海飞机设计研究院,上海 201210;上海飞机设计研究院,上海201210;上海飞机设计研究院,上海 201210【正文语种】中文0 引言复合材料连接的失效准则种类较多，准确分析和预测连接强度较为困难。
复合材料层压板剪切屈曲性能探究
复合材料层压板剪切屈曲性能探究马子广;王卫卫【摘要】碳纤维复合材料层压板受剪切载荷作用下屈曲性能的分析比较复杂,相应的结构试验难度也很高.因此通过经典层压板理论对其进行分析,建立了合理的数学模型,推导出了层压板在四边简支和四固支情况下的计算公式,并通过数值方法对某试验的试验件进行有限元建模,模拟复合材料层压板的受力方式,进行仿真计算,得出了复合材料层压板受载后的变形情况,应力分布及复材板的屈曲模式等,最后与某型号直升机上的复合材料层压板的剪切试验的试验结果进行对比分析,探究了某型号复合材料层压板的剪切屈曲性能.【期刊名称】《直升机技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】5页(P13-17)【关键词】复合材料层压板;屈曲分析;剪切试验;仿真计算【作者】马子广;王卫卫【作者单位】中国直升机设计研究所,江西景德镇 333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇 333001【正文语种】中文【中图分类】V216.1;V258+.3复合材料具有很好的可设计性、耐腐蚀性以及比强度、比刚度高，疲劳特性好，易修补等突出优点，因此已成为当今航空器实现有效减重，改善航空器性能的一种必不可少的材料[1]。
对于直升机来说，由于飞行速度相对低，气动载荷小，其机体结构采用复合材料更是具有得天独厚的条件。
在直升机结构中，剪切载荷是常见的受载形式。
为了研究在剪切载荷下复合材料板的屈曲破坏模式，国内外常用的就是设计四连杆夹具，然后进行加载的方法。
但是在实际操作中发现，该种方法所得结果与理论值有一定的差距，而且费时费力，成本大。
因此，需要充分利用有限元仿真分析的有利条件，探究出一种合理的建模分析方案。
另外，在设计中利用复合材料层压板的后屈曲强度特性提高结构的承载能力，需要进行极限强度分析和试验验证。
Onkar等通过随机有限元方法分析了带中心孔和不带中心孔的层压板在受压向载荷时，不同的边界条件对屈曲载荷的影响，得出了边界条件大大影响失稳载荷的结论[2]。
复合材料层合板面内剪切.试验方法
复合材料层合板面内剪切.试验方法
复合材料层合板面内剪切试验方法因其材料特性、试验设备以及试验环境的不同而有所区别。
以下内容详述面内剪切试验的基本步骤和方法。
首先，选择合适的复合材料，如玻璃纤维，碳纤维等，制备出层合板，使每层材料都均匀分布。
确保材料无明显裂纹、损伤和其它缺陷。
制备过程中需要注意，每一层的纤维方向应与其它层的方向相互交错，以增强层压板的强度和刚度。
然后，选择适当的剪切试验装置，如万能试验机等。
将制备好的复合材料层合板固定在试验机上，确保其在标定的剪切荷载下能够稳定地执行试验。
设置试验参数，包括荷载速率、荷载上限等。
开始试验时，万能试验机将以设定的速率施加剪切力，直至层合板破坏或达到设定的荷载上限。
在整个试验过程中，需要记录加载速度，荷载值，以及层合板
在受力过程中的形变情况。
试验完成后，通过分析收集到的数据，获得复合材料层合板面内剪切强度、刚度以及其它相关参数。
根据实验结果，可以进一步优化材料选择和层合板设计。
最后，在评估试验结果时，要注意比较不同材料，不同纤维排列方式以及不同工艺条件下的试验结果，以全面评价材料性能及其对面内剪切性能的影响。
总的来说，面内剪切试验是评估复合材料层合板性能的重要方法，要求操作者不仅要了解材料性质、试验设备以及试验技术，同时还要注重实验数据的分析与评估。
以上即为复合材料层合板面内剪切试验的基本步骤和方法。
飞机复合材料结构损伤与检测—复合材料结构损伤的评估
3 不可修理损伤
不可修理损伤指损伤导致结构承载能力低于设计极限承载能力 之下，不可以通过加强修理恢复其原始设计承载能力，或者加强 修理成本高于换件修理的损伤。
波音飞机公司规定：
缺陷或损伤的范围大于制件面积的15％时报废 峰窝结构分层大于50mm，开胶大于75mm报废不可修 层压板分层大于75mm时报废不可修
允许损伤界定
一、允许损伤界定
发生损伤后，结构件承载能力不低于设计极限承载能力
➢ 使用载荷（operating load /flight load) ➢ 限制载荷(limit load) ➢ 极限载荷(ultimate load)
使用载荷（flight load）—飞机结构在正常情况下承受的载荷
允许损伤
“允许损伤”并非意味着损伤不用修理。例如：某些划伤、擦伤深度 没有超过允许损伤极限，但是仍需要采取打磨修理去除；构件表面漆层 等保护层脱落也需要根据结构修理手册指损伤导致结构承载能力低于设计极限承载能力之下、但是 可以通过加强修理恢复其原始设计承载能力的损伤。
限制载荷（ limit load）—飞机使用寿命中可能会出现的最高载荷。 飞机结构应该能够承受限制载荷而不会产生永久变形。
极限载荷—限制载荷乘以一定安全系数等于极限载荷。 在极限载荷 作用下，不能发生结构件纯拉伸、纯剪切以及挤压失效等静强度破坏
1 允许损伤
不影响结构完整性或者降低部件功能、在一定时间期限范围内不 需要加强修或者换件修理的轻微损伤。
复合材料层合板结构的力学行为分析
复合材料层合板结构的力学行为分析复合材料层合板是由两种或多种不同材料层按一定规律堆叠而成的结构材料，广泛应用于航空航天、汽车工业、建筑等领域。
本文旨在分析复合材料层合板的力学行为，探讨其在工程中的应用潜力。
1. 引言复合材料层合板以其轻质、高强度的特性成为工程领域的热门材料。
它的力学行为不仅取决于各层材料的性质，还与层厚比、堆叠顺序、堆叠角度等因素密切相关。
2. 复合材料层合板的力学性能复合材料层合板的弯曲强度、抗剪强度、压缩强度等力学性能都远优于传统材料。
其中，弯曲强度是衡量其抗弯能力的重要指标。
3. 弯曲强度的分析复合材料层合板的弯曲强度主要受到各层材料的强度以及堆叠顺序的影响。
通过有限元分析等方法，可以预测不同堆叠方案下的弯曲强度，并为工程设计提供参考。
4. 抗剪性能的研究复合材料层合板的抗剪性能是指其在受到外力作用时，层间剪切破坏的能力。
研究表明，适当调整层厚比、堆叠角度等参数可以有效提高复合材料层合板的抗剪强度。
5. 压缩行为的评估复合材料层合板的压缩行为直接影响其在承受压力时的稳定性。
通过实验和数值模拟，可以研究不同层厚比、纤维束填充方式等因素对压缩性能的影响，并为结构设计提供参考。
6. 破坏机理的分析了解复合材料层合板的破坏机理对于优化设计至关重要。
常见的破坏模式包括层间剥离、纤维断裂、层间剪切破坏等。
深入研究这些破坏机理可以为材料改进和结构设计提供指导。
7. 工程应用潜力复合材料层合板由于其优异的力学性能和轻质化特点，在航空航天、汽车工业、建筑等领域具有广泛的应用潜力。
例如，利用层合板设计轻量化飞机翼等结构，可以提高飞机的燃油效率。
8. 结论复合材料层合板是一种具有优良力学性能的结构材料。
通过深入研究其力学行为，可以为工程设计和材料改进提供指导。
未来，随着技术的不断发展，复合材料层合板的应用前景将更加广阔。
通过以上分析可见，复合材料层合板在工程领域具有重要价值。
对其力学行为的深入理解有助于优化设计，提高结构性能。
多向复合材料层压板的失效分析
多向复合材料层压板的失效分析多向复合材料层压板的失效分析玻璃纤维层压板纤维增强复合材料层压板的失效是由损伤的积累而导致的。
与材料、层合板叠合顺序以及环境相关，失效是一个复杂和相互作用的分离的损伤模式的集合。
主要的损伤模式有横向、纵向裂纹的形成，还有倾向于在试样自由边缘起始的分层。
但是，最终的复合材料层压板失效在本质上与纤维断裂有关。
因此，多向层合板的最终失效可以归结为单层的失效和/或层与层之间的分离或分层。
一、单层拉伸失效层压板中包括不同纤维方向的铺层。
在单一荷载拉伸下，损伤积累的一般顺序是90度层的横向（层内）裂纹的形成。
在横向开裂的开始阶段，可以观察到非线性变形，这在应力-应变曲线中已知为“弯折”。
弯折的形成是由于开裂层在裂纹附近经历了应力松弛，而在那个区域受限制的铺层承担增加的应力。
使用韧性树脂系时，横向裂纹的发展将会延迟。
不仅基体的延性，而且基体与纤维的结合质量也会影响横向裂纹的形成。
横向裂纹的形成具有以下特点：当承受的载荷增大时，横向裂纹在与之垂直方向上的密度逐渐增加，并最终达到饱和裂纹密度状态。
二、层的压缩失效复合材料层压板在压缩载荷下的失效模式有一些不同于拉伸载荷下的失效模式。
压缩下的主要损伤模式首先是0度层纤维的屈曲，然后是分层和子层的依次屈曲。
试验研究结果表明，剪切挠曲是一种可能的失效模式。
剪切挠曲是层合板中主要承力纤维的弯折失效。
它可由一带屈曲的断裂纤维来表征。
这些纤维同时经历了剪切和压缩变形。
一般认为，在纯单向压缩失效观察到的“弯折带”失效机制仍然可用。
纯单向试验中包括较少的约束，而在一个多向层合板中由于其他层的支撑，压缩失效程度将有所限制。
三、层的剪切失效这种失效模式可以在±45度层合板的纯纵向拉伸中很好地观察到。
作用于每层的载荷几乎为纯剪切，等于施加应力的一半。
检查表明，平行于和相交于纤维的剪切失效均存在。
失效试样表现出一定程度的分层。
四、分层分层会引起层压板强度和刚度的变化，通常这种变化呈下降趋势，当分层达到一定程度时，将导致实际使用性能的丧失。
纤维增强复合材料的层间剪切性能研究
纤维增强复合材料的层间剪切性能研究随着科学技术的不断进步，纤维增强复合材料作为一种重要的结构材料在各个领域得到了广泛应用。
这种材料具有轻质、高强度和优异的力学性能等优点，因此在航空航天、汽车工业、建筑工程等领域扮演着重要的角色。
然而，纤维增强复合材料在层间剪切性能方面存在一些问题，这直接影响着材料的整体性能和使用寿命。
因此，深入研究纤维增强复合材料的层间剪切性能，并通过改进和优化其结构，对于提高材料的性能具有重要意义。
一、纤维增强复合材料的层间剪切行为纤维增强复合材料的层间剪切性能是指在复合材料的纤维和基体之间形成层间剪切应力时，材料的抗剪切能力。
层间剪切行为属于材料的强度和刚度问题，其直接影响着材料在复杂工况下的力学性能。
研究表明，纤维增强复合材料的剪切行为主要受到纤维/基体界面的粘结强度和界面完整性的影响，同时也与纤维的分布和取向等因素密切相关。
二、层间剪切性能评价方法在研究纤维增强复合材料的层间剪切性能时，需要采用合适的评价方法来表征材料的剪切性能。
目前，常见的评价方法包括剪切试验、动态机械分析、X射线衍射和显微镜观察等。
其中，剪切试验是通过施加剪应力来测定材料的抗剪切能力，可以得到层间剪切强度、剪切模量等参数。
动态机械分析则可以通过测定材料的动态力学响应来评估其层间剪切行为。
X射线衍射和显微镜观察则可以提供材料的微观结构信息，帮助分析材料的剪切机制。
三、影响层间剪切性能的因素纤维增强复合材料的层间剪切性能受到多种因素的影响，其中最主要的因素包括纤维/基体界面粘结强度、纤维体积分数、纤维分布和取向以及加载速率等。
纤维/基体界面粘结强度是影响层间剪切性能的关键因素之一，优化界面粘结可以有效提高材料的层间剪切性能。
此外，纤维体积分数、纤维分布和取向也会对层间剪切性能产生显著影响，适当调控这些因素可以改善材料的力学性能和剪切性能。
四、改善纤维增强复合材料的层间剪切性能的方法为了改善纤维增强复合材料的层间剪切性能，可以采取一系列的方法。
复合材料层间剪切强度测试
复合材料层间剪切强度测试复合材料层间剪切强度测试，听起来是不是很高大上？别担心，今天咱们就来轻松聊聊这事儿。
复合材料啊，像是现代科技的魔法，让不同材料搭配在一起，既坚固又轻便，真是太酷了！就像咱们平常说的，千变万化，取长补短，复合材料就是把各种材料的优点都给凑到了一起。
想象一下，把小龙虾和啤酒放在一起，味道是不是加倍美味？不过，光有好材料还不够，得测试一下它们的性能。
这就引出了今天的主角，层间剪切强度测试。
听上去像是要去健身房锻炼一样，其实这测试就是要看看材料在承受剪切力时的表现。
啥是剪切力呢？就好比你拿刀切蛋糕，力气使得越大，蛋糕就越容易切开。
材料也是一样，层与层之间的结合力强，才能抵御外界的“攻击”。
这时候，层间剪切强度就显得尤为重要啦。
咱们在测试的时候，首先得准备好样品。
这个可得小心，样品要整整齐齐，不能有瑕疵，免得测试结果不靠谱。
就像咱们吃饭时，盘子得干干净净，不然一不小心就吃到“意外惊喜”了。
把样品准备好后，就把它放到测试机上。
这里的机器可不是普通的机器，它就像是一个专门“审判”材料的小法官，认真而严肃，绝不含糊。
在测试的过程中，机器会慢慢施加剪切力，样品的表面会开始发生变化。
这个时候，可得认真盯着，不要错过每一个细节。
就好比在看悬疑剧，越往后越紧张，心跳得越来越快。
慢慢地，样品会达到极限，最终层间结合的地方可能会出现裂缝。
这一刻就像是打开了一个宝箱，里面的秘密瞬间显露出来。
裂缝的出现意味着层间剪切强度达到了极限，咱们就可以记录下这个数据了。
说到数据，层间剪切强度的数值就像是一个明星的成绩单，越高越受欢迎。
这个数值不仅能告诉我们材料的好坏，还能为以后的应用提供重要的依据。
想想看，如果你要在航空、汽车行业使用这种材料，强度不够可就危险了。
就像我们走在路上，突然来了个大坑，没事的时候一跳而过，万一车子开过去，就得小心翼翼了。
测试完后，得对数据进行分析。
分析就像是在解谜，看看哪些因素影响了强度，是否有改进的空间。
动荷载作用下含损伤复合材料层合板承载能力[1]
![动荷载作用下含损伤复合材料层合板承载能力[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/241aff34ee06eff9aef807da.png)
文章编号:100023851(2004)0320115205收稿日期:2003202220;收修改稿日期:2003206202基金项目:国家自然科学基金资助(10272025)通讯作者:陈浩然,教授,博士生导师,主要从事复合材料和结构损伤力学研究 E 2m ail:chenh r@dlut .edu .cn动荷载作用下含损伤复合材料层合板承载能力陈浩然1,3,刘远东1,2(1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连116024;2.中国工程物理研究院结构力学所,四川绵阳621900)摘 要: 研究了含分层损伤层合板的动力响应和承载能力。
基于层合板的一阶剪切理论,采用分项等参插值方法推导了复合材料层合板刚度阵、质量阵列式,在瑞利阻尼的基础上构造了相应的阻尼阵列式;建立了用于含分层损伤复合材料层合板动力分析的分层模型和虚拟界面联接单元,以防止低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的脱离和嵌入现象;同时又采用T sai 提出的0144刚度退化准则和动力分析的N ewm ark 法,对含分层损伤复合材料层合板结构进行了在动荷载作用下的破坏和承载能力分析;通过典型算例,分别讨论了外载频率,分层位置,以及刚度退化对含损伤复合材料动力响应特征和承载能力的影响。
本文中提出的方法和得到的结论对复合材料工程设计具有参考价值。
关键词: 动力响应;承载能力;刚度退化;虚拟界面单元;含分层损伤层合板中图分类号: V 214.8 文献标识码:ALOAD ED CAPAB I L IT Y OF D ELAM INATED COM POSITE PLATESUND ER DY NAM I C LOAD INGCH EN H ao ran1,3,L I U Yuandong1,2(1.State Key L abo rato ry of Structu ral A nalysis fo r Indu strial Equ i pm en t ,D alian U n iversity of T echno logy ,D alian 116024,Ch ina ;2.Ch inese R esearch In stitu te of Engineering Pysics ,M ianyang 621900,Ch ina )Abstract : T he dynam ic respon se behavi o r and loaded capab ility w ere investigated fo r the delam inated compo site p lates con sidering the failu re p rocess.A fo rm u la of elem en t stiffness and m ass m atrices fo r the compo site lam i 2nates w as deduced by u sing the first 2o rder shear defo rm ati on theo ry com b ined w ith the selecting num erical in tegra 2ti on schem e .A damp ing modelw as con stitu ted on the basis of R ayleigh damp ing model.A delam inated con strained model and a virtual in terface elem en t w ere also developed fo r avo iding the overlap and penetrati on phenom enon be 2tw een the upper and low er sub 2lam inates at the delam inati on regi on .T he failu re analysis m ethod fo r the delam inat 2ed p lates under dynam ic loading w as estab lished by T sai’s failu re criteri on and co rresponding 0.44reduced stiffness ro le ,and the dynam ic equati on w as so lved by the N ewm ark direct in tegral m ethod .By som e num erical examp les ,the effects of the frequency of dynam ic load ,delam inati on locati on ,and reducti on of structu re stiffness du ring the failu re p rocess upon the dynam ic behavi o r and loaded capab ility of the delam inated compo site lam inates w ere dis 2cu ssed .T he m ethod and conclu si on s w ou ld be u sefu l fo r compo site structu re designers.Keywords : dynam ic respon se ;loaded capab ility ;reduced stiffness ;virtual in terface elem en t ;delam inated com 2po site p late 纤维增强树脂基复合材料具有比强度、比刚度高,吸音、隔热、透微波,抗腐蚀、抗疲劳性能好和可设计性诸多优点,广泛应用于航空、航天、快速交通运输工具及其他工程结构中。
复合材料层间剪切强度
复合材料层间剪切强度1. 引言嘿，朋友们！今天我们来聊聊一个听起来很高大上的话题——复合材料层间剪切强度。
别被这个名字吓到，其实它跟我们日常生活中的很多东西都有关系，就像你家里的沙发、汽车、甚至一些运动器材，都是用复合材料做的。
听起来是不是有点神秘？别急，我会把这道“数学题”变得简单明了，让你听得津津有味。
2. 什么是复合材料？2.1 定义首先，咱们得搞清楚复合材料是什么。
简单来说，复合材料就是把两种或两种以上的材料结合在一起，形成一种新的材料，目的就是要取长补短。
就像一对CP，互相弥补，才能在一起更强大！比如，碳纤维和树脂的组合，这一搭配简直像是“天生一对”，用来制造飞机和赛车，再合适不过了。
2.2 应用领域再说说这些复合材料都用在哪里。
嘿，太多了！航天、汽车、建筑、运动器材……基本上你能想到的地方都能见到它们的身影。
就拿你的自行车来说，可能车架就是用复合材料做的，这样既轻又坚固，骑起来更顺畅。
这种材料的魅力，真是让人眼前一亮！3. 层间剪切强度的意义3.1 定义好啦，接下来我们要聊的就是层间剪切强度。
哎呀，这个词听起来复杂，其实就是描述复合材料不同层之间的抗剪切能力。
你可以想象一下，就像在一场拔河比赛中，参赛者之间的配合和力量关系。
层间剪切强度越高，材料的整体强度就越好，抵抗外力的能力也就越强。
3.2 影响因素但这里有个关键点：影响层间剪切强度的因素可不少！比如说，材料的选择、层间的粘合剂质量、制造工艺等等，都能左右它的表现。
就像你煮一锅好汤，不仅需要新鲜的食材，还得掌握好火候和调味。
要是其中一个环节出错，那整锅汤就不好喝了，明白吧？4. 如何测试层间剪切强度？4.1 测试方法那么，层间剪切强度到底怎么测试呢？其实，有不少测试方法，比如剪切测试、剥离测试等等。
每种方法都有其特点，就像不同的运动有不同的规则。
剪切测试就像把材料放在两个力的作用下，看它能坚持多久；而剥离测试则是让材料的两层分开，看看需要多大的力气。
受剪复合材料层压板开口补强稳定性分析
受剪复合材料层压板开口补强稳定性分析
孙阔;刘泽;李林杰;马亚洲;刘志超
【期刊名称】《中国科技信息》
【年(卷),期】2024()11
【摘要】复合材料以其比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点在直升机承力结构中得到大量应用。
为满足设计使用要求,如检查维修、设备管线安装等,在直升机蒙皮、框梁腹板等复合材料承力结构中不可避免地需要开口。
蒙皮、框梁腹板主要传递剪切载荷,在剪切载荷作用下容易发生失稳,降低结构的承载能力.
【总页数】3页(P43-45)
【作者】孙阔;刘泽;李林杰;马亚洲;刘志超
【作者单位】中国直升机设计研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB3
【相关文献】
1.开口复合材料层合板稳定性补强研究
2.复合材料梁腹板开口非对称补强的稳定性分析方法
3.基于NASTRAN的复合材料后梁稳定性优化设计与开口补强分析
4.开孔补强对受剪复合材料工字型梁腹板\r稳定性的影响研究
5.受剪复合材料层合板开口应力应变分析研究
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复合材料层压板结构剪切承载能力分析作者：王碧蓉荣海波
来源：《中国科技纵横》2020年第12期
摘要：本文以直升机典型复合材料层压板结构为研究对象，采用蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则，对层压板的剪切承载能力进行计算分析。
同时通过试验测试得到结构的实际剪切承载能力，并将计算分析结果与试验结果进行了对比分析，验证了用蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则计算复合材料层压板结构剪切承载能力的可行性与准确性。
关键词：典型复合材料层压板;剪切承载;蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则
中图分类号：V215 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）12-0096-02
0 引言
在复合材料结构中，层压板是一种应用广泛的结构，由于它可制成多种结构形式，并可采用多种工艺方法成形，可设计性强，在航空航天飞行器结构中应用十分普遍[1]。
当复合材料层压板受剪切载荷时，可能发生屈曲甚至因此而引起破坏，设计中应对其屈曲载荷及承载能力进行分析计算。
机身上板框中的格板、纵向构件与框之间的蒙皮，翼面上的肋腹板、长桁与肋之间的蒙皮，都可作为平板来处理，尽管蒙皮具有一定的曲率，处理成平板是偏安全的[2-3]。
本文着力于通过蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则计算复合材料层压板的剪切承载能力，并通过试验测试的方法验证用蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则计算复合材料层压板结构剪切承载能力的可行性与准确性。
1 层压板承剪计算分析
1.1 试验件设计
试验件为复合材料层压板结构，结构尺寸为500mm×500mm的典型结构试验件，如图1所示，试验件铺层为[45/0/0/45/0/45/0/45]。
1.2 试验件承剪能力计算分析
采用壳元模拟试验件，结构四边简支约束，在结构四边施加剪流，具体如图2所示。
复合材料铺层的失效准则是利用基本强度剪力判别状态下铺层是否失效的准则，本文采用的蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则如下：
2 层压板剪切试验
2.1 试验件及试验加载
对试验件进行剪切承载能力试验，试验采用四连杆机构夹具支持，通过四连杆机构的两对角施加载荷。
四连杆机构与试验件四边用铆钉连接，确保四连杆机构连接螺栓與试验件和夹具间连接铆钉在同一条直线上，如图4所示。
2.2 试验测试结果
试验件破坏图片如图5所示，试验测试载荷与位移变化曲线如图6所示。
试验件最终沿受力方向上、下部撕裂，丧失承载能力，试验件剪切破坏载荷为76.1kN。
3 结果分析与对比
采用蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则和试验测试得到的复合材料层压板结构破坏载荷对比如表2所示。
计算得试验件试验测试结果与蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则计算的试验件破坏载荷相差
2.5%。
4 结语
本文通过蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则对复合材料层压板的承剪进行了计算，并进行了结构的试验验证，得到以下结论：
（1）复合材料层压板在受剪切载荷时最终沿受力方向上、下部撕裂而丧失承载能力。
（2）蔡-胡（Tsai-Wu）失效准则能够较理想的模拟结构实际破坏情况，最终得到的极限承剪能力与试验测试结果相差2.5%。
参考文献
[1] 中国航空研究院.复合材料结构设计手册[M].北京：航空工业出版社，2001.
[2] 航空航天工业部科学技术研究院.复合材料设计手册[M].北京：航空工业出版社，1990.
[3] 中国航空研究院.复合材料结构稳定性设计手册[M].北京：航空工业出版社，2002.。