多向复合材料层压板的失效分析
复合材料失效分析
复合材料失效分析复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域得到了广泛应用。
然而，复合材料在使用过程中也会出现各种失效问题，如开裂、疲劳、脱层等，这些问题对于材料的使用性能和安全性都会产生严重影响。
因此，对复合材料的失效分析显得尤为重要。
首先，复合材料的失效分析需要对其使用环境进行全面的了解。
不同的使用环境会对复合材料的性能产生不同的影响，比如高温、高湿度、化学腐蚀等因素都可能导致复合材料的失效。
因此，在进行失效分析时，需要充分考虑材料所处的环境条件，以便更准确地找出失效的原因。
其次，复合材料的失效分析需要对材料本身的特性进行深入研究。
不同的复合材料具有不同的结构和性能，因此对于失效分析来说，需要了解材料的成分、结构、制备工艺等方面的信息。
只有充分了解材料本身的特性，才能更好地找出失效的根源，并制定相应的改进措施。
另外，复合材料的失效分析需要运用多种分析手段。
常见的分析方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等，这些手段可以帮助我们观察材料的微观结构，找出其中的缺陷和问题所在。
同时，还可以运用有限元分析、疲劳试验等方法对材料的性能进行评估，找出可能存在的问题并加以解决。
最后，复合材料的失效分析需要不断总结经验，不断改进分析方法。
复合材料的失效问题是一个复杂的系统工程问题，需要不断积累经验，总结成功和失败的案例，以便更好地指导实际工程中的应用。
同时，也需要不断改进分析方法，引入新的技术手段，提高失效分析的准确性和可靠性。
综上所述，复合材料的失效分析是一个复杂而重要的工作，需要全面了解材料的使用环境和特性，运用多种分析手段，不断总结经验，不断改进方法。
只有这样，才能更好地发现并解决复合材料的失效问题，保障材料的安全可靠使用。
复合材料失效
复合材料失效复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，因此在航空航天、汽车、建筑等领域得到了广泛应用。
然而，复合材料也存在着失效的风险，这不仅会影响产品的性能和安全性，还可能导致严重的事故。
因此，了解复合材料失效的原因和预防措施至关重要。
复合材料失效的原因主要包括材料本身的缺陷、使用环境的影响和外部因素的作用。
首先，材料本身可能存在制造过程中的缺陷，如气泡、裂纹等，这些缺陷会降低材料的强度和耐久性。
其次，使用环境的影响也是导致复合材料失效的重要原因，如潮湿、高温、紫外线等环境因素会加速材料的老化和腐蚀，从而降低其性能。
最后，外部因素如机械冲击、振动、过载等也会导致复合材料的失效，因此在设计和使用过程中需要考虑这些因素。
为了预防复合材料失效，首先需要加强材料的质量控制，减少制造过程中的缺陷。
其次，需要选择合适的使用环境，对于在恶劣环境下使用的复合材料，可以采取防护措施或者选择耐腐蚀性能更好的材料。
此外，还需要加强对外部因素的考虑，通过优化设计和加强监测，提高复合材料的抗冲击和振动能力，避免过载等情况的发生。
在实际应用中，复合材料失效不仅会造成经济损失，还可能导致人员伤亡，因此需要高度重视。
只有通过加强质量控制、选择合适的使用环境和加强对外部因素的考虑，才能有效预防复合材料的失效，保障产品的安全性和可靠性。
总之，复合材料失效是一个复杂的问题，需要综合考虑材料本身的质量、使用环境和外部因素的影响。
只有通过全面的预防措施，才能有效降低复合材料失效的风险，保障产品的质量和安全。
希望本文的内容能够对复合材料失效问题有所帮助，引起相关领域工作者的重视，共同努力降低复合材料失效的风险，推动行业的发展和进步。
考虑三维应力的复合材料层压板疲劳寿命分析
复合材料学报
生、发展直至破坏的完整过程 , 并给出疲劳寿命。
1 考虑三维应力的层压板疲劳寿命分析方法
层压板疲劳寿命分析过程主要包括应力分析 、 失效分析和材料性质退化 3 个部分 。 1. 1 应力分析
由于各子层弹性性能的不同 , 以及自由边界的 存在 , 层压板中除存在各子层的面内应力σx 、σy 、 τxy 外 , 还存在层间应力σz 、τzx 、τzy , 准确地计算这 些应力是多轴应力下疲劳分析的前提 。目前计算层 间应力的方法主要有 : 有限元法 、有限差分法 、三 角级 数 法 等 。本 文 中 采 用 一 种 准 三 维 有 限 元 模 型[10] 来对层压板进行应力分析 。该模型包括四结 点板元 、刚性元和弹簧元 , 其中用四结点板元来表 示层压板的各层 , 用刚性元2弹簧元来模拟层间的 相互作用 。具体构造如图 1 所示 。这种模型的优点 是 , 不仅能计算面内应力和层间应力 , 也能通过面 内单元和层间单元刚度的适当退化 , 在疲劳分析中 形象 、恰当地表示面内损伤 、层间损伤及其演变 过程 。
=q k- q
k
kb -
1 ln a
n
- 1/ b
-
1
(4)
式中 , a、b、k 通过拟合典型试验应力比 R0 下的实
黄志远 , 等 : 考虑三维应力的复合材料层压板疲劳寿命分析
验数据得到 。
在应力比为 R 的循环载荷作用下 , 单向板或多
向层压结构的层内可能同时存在有σ1 、σ2 和τ12 3 个 面内主轴应力分量 , 考虑应变分量ε1 和ε2 的耦合
力 , 将读取的各弹簧力除以该弹簧元的代表面积
A , 即可得到相应的层间应力分量 。
1. 2 失效分析
复合材料因不合理设计导致界面失效案例
复合材料因不合理设计导致界面失效案例复合材料是由两种或更多种不同材料组合而成的材料，具有较高的强度和刚度。
然而，如果在设计和制造过程中不合理，复合材料的界面可能会失效，导致材料整体性能下降甚至失去使用价值。
一个常见的导致界面失效的原因是不合理的材料选择。
复合材料的界面是由不同材料的分子结构相互作用形成的，如果两种材料之间没有良好的相容性，界面的黏结强度将会很低。
例如，如果选择了两种互不相容的树脂和纤维材料，界面的黏结性就会受到严重影响，容易出现分层和剥离的问题。
另一个引发界面失效的原因是不当的材料处理和加工方法。
复合材料的制造过程中需要进行树脂浸渍和固化等步骤，如果处理不当，可能会导致界面的缺陷产生。
例如，如果树脂浸渍不均匀或固化温度不合适，界面附近的材料就会发生变形、开裂或剥离等问题，从而导致界面失效。
此外，设计过程中的应力分析和结构设计也会对复合材料的界面产生影响。
如果在设计过程中没有充分考虑材料的应力分布和结构的受力情况，就可能导致界面附近的应力集中，进而引发界面失效。
例如，在设计复合材料结构时忽略了材料的各向异性特性，可能会导致界面附近的应力分布不均匀，从而导致界面的剪切和剥离。
为了避免因不合理设计导致复合材料界面失效，需要从材料选择、加工工艺以及结构设计等多个方面进行综合考虑。
首先，应选择具有良好相容性的材料，并进行合理的处理和加工，确保树脂的均匀浸渍和固化。
其次，应进行详细的应力分析和结构设计，确保复合材料结构的强度和刚度分布均匀，避免界面附近的应力集中。
最后，进行充分的试验和验证，确保复合材料的性能满足设计要求。
总之，复合材料界面失效是由不合理设计引起的常见问题。
通过合理的材料选择、加工工艺和结构设计，可以有效预防界面失效，提高复合材料的整体性能和可靠性。
多相复合材料的动态破裂行为研究
多相复合材料的动态破裂行为研究1.引言多相复合材料是由两种或更多种材料组成的，具有优良性能和广泛应用前景。
在实际工程应用中，复合材料的动态破裂行为是至关重要的研究领域。
本文将重点关注多相复合材料在动态破裂方面的研究进展。
2.多相复合材料的定义与特点多相复合材料由基质和增强相组成。
基质一般为聚合物，如环氧树脂、聚酰亚胺等；而增强相则可以是纤维素材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
多相复合材料具有高强度、低密度和优异的抗冲击性能等特点，因此广泛应用于航空、汽车和建筑等领域。
3.动态破裂行为的研究方法在多相复合材料的动态破裂行为研究中，可以采用多种方法进行分析与实验。
其中，数值模拟是一种常用的研究方法，可以通过有限元分析或离散元方法等来模拟材料在动态载荷下的破裂行为。
此外，在实验研究中，可以采用冲击试验、高速摄像等方法来观察和分析材料的动态破裂行为。
4.影响动态破裂行为的因素多相复合材料的动态破裂行为受多种因素的影响，如载荷速率、材料性质和界面作用等。
其中，载荷速率是一个重要的因素，因为高速冲击会导致材料内部的应力集中和裂纹扩展，从而影响材料的破裂行为。
5.多相复合材料的破裂机制在动态载荷下，多相复合材料的破裂机制主要有微裂纹扩展、纤维或颗粒脱落以及界面剪切等。
微裂纹扩展是材料破坏的主要形式之一，它能够在材料内部形成裂纹，并最终导致材料的破裂。
另外，纤维或颗粒的脱落也会导致材料的失效，因为它们是提供强度的关键组成部分。
6.动态破裂行为的预测和优化方法准确预测和优化材料的动态破裂行为对于工程设计至关重要。
在此方面，数值模拟方法可以发挥重要作用。
通过确定材料的本构模型和合适的边界条件，可以在模拟中预测材料在动态载荷下的破裂行为。
此外，改变材料的组成和结构也可以优化动态破裂行为，例如改变纤维的层间结构或增强相的强度。
7.应用前景与展望多相复合材料的动态破裂行为研究对于材料性能的提升和工程应用的推动具有重要意义。
未来研究可以通过引入新的材料、开发新的测试方法以及进一步完善数值模拟模型等，来更好地理解和预测多相复合材料的动态破裂行为。
层压板结构破坏机理及失效模式试验研究
今日制造与升级 97试验技术与装备先进复合材料具有比强度高、比刚度高、可设计性强、耐腐蚀等诸多优异的特性，在飞机结构材料中的应用比例越来越大[1]。
但是复合材料结构设计变量多，失效准则往往公式复杂，一般需要借助于强度分析软件进行计算分析。
为了与得到更加真实的数据，需开展复合材料层压板结构破坏机理及失效模式试验研究[2]。
试验为充填孔压缩试验，包括6个铺层顺序，2个试验环境：室温干态（23℃±3℃）和高温湿态（70℃±3℃）。
通过试验获得材料AC531/CCF800 3种铺层比率（30/60/10、40/50/10、50/40/10）、2种铺层厚度（2.8、5.6）、2种试验环境［室温干态（23℃±3℃）和高温湿态（70℃±3℃）］多批次的充填孔压缩性能，为设计提供试验依据[3-4]。
1 材料与实验1.1 实验材料试验件所选材料为AC531/CCF800，单层厚度为0.14mm 。
层压板充填孔试验件按照标准ASTM D 6742中规定的试样形式和尺寸制造，试验件尺寸300×36，孔径φ6，试验件的铺层和厚度见表1。
表1 试验件铺层形式方案铺层比例0°/±45°/90°铺层形式总厚度mmA 30/60/10[45/0/-45/90/45/0/-45/0/45/-45]s 2.8B 40/50/10[-45/90/45/0/45/0/0/-45/0/-45]s 2.8C 50/40/10[45/0/0/-45/90/0/-45/0/0/45]s 2.8D 30/60/10[45/0/-45/90/45/0/-45/0/45/-45]2s 5.6E 40/50/10[-45/90/45/0/45/0/0/-45/0/-45]2s 5.6F50/40/10[45/0/0/-45/90/0/-45/0/0/45]2s5.6表2 试验件数量统计ABCD RTD ETW RTD ETW RTD ETW RTD 6×366×366×366×3DEF 总计RTD ETW RTD ETW RTD ETW 6×366×366×36144其中：6×3表示：每炉6件，3炉，共18件。
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。
不同等级损伤复合材料层压板的压缩失效行为
Ａ ｂｓｒ ｔ：Ｔｈ ｆｅ ｔｏ ｉｕ ｌｙ ｕ ｅｅ ｔ ｄ ａ ｄ ｄｅｅ ｔｄ ｄａ ｇ ｓｏ ｈｅｃ ｍｐｒ ｓ ｉｎ ｆｉｕｒ ｈａ ｉｒｏ ｔ ａｃ ｅ ｅｆ ｃ ｆｖ ｓ ａｌ — ｎｄ ｔｃ ｅ ｎ ｔ ｃｅ ｍａ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｓｏ ａ ｌ ｅｂｅ ｖｏ ｆＣＦ３ ２ ２ ｏ ０５ ／５ ２４ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｌｍｉ ｓｔ ａ — ｎａｅ ｆｅ ｍｐａ ｔｗａ ｓｕｄ ｅ ｔｓ ａ ｒｉ ｔ ｃ ｓ ｔ ｉ ｄ． Ｌｏ ｖ ｌ ｃｔ ｍｐａ ｔ ｎｄ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｔｓｓ ｗｅｅ ｅ ￣ｉｄ ｏ ｎ ｔ ｅ ｏ ｐ ｓｔ ａ ｉ ｔ ｓ Ｔｈｅ ｆ ｉｕ ｅ ｗ—ｅ ｏ ｉ ｉ ｙ ｃ ａ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｅ ｕｔｏ ｈ ｃ ｍ ｏ ｉｅ ｌｍ ｎａｅ ． ａｌ ｒ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｃ ｍｐｏ ｉｅｌ ｍｉ ｔｓｗｉｈ ｔ ｅ ｔ ｙ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｒ ｏ ａ ｅ ｄ ｓ ｏ ｈ ｏ ｓｔ ａ ｎａｅ ｔ ｈ ｗｏｔ ｐ ａ ｇ ｓｗｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｄ． Ａｎｄ ｔ ｅ ｏｎｔｉ ｈ ｅａｉ ｎ ｈｉ ｕ ｖ ｆｔ ｍｐ ｃ — ｈｅｋｎ ｅ ｐ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌｔｏ ｓ ｐ ｃ ｒ ｅ ｏ ｈｅｉ ａ ｔ
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复合材料的力学行为与失效分析
复合材料的力学行为与失效分析复合材料，这四个字在如今的科学领域那可真是相当热门！从航空航天的高精尖设备，到咱们日常生活中的小物件，复合材料的身影无处不在。
就拿我之前的一次经历来说吧。
有一回我去参观一家自行车工厂，发现他们新推出了一款碳纤维复合材料的自行车。
那车架轻得呀，我一只手就能轻松提起来。
可别小看这自行车，它的价格可不便宜，为啥呢？就因为这复合材料的独特魅力。
咱们先来说说复合材料的力学行为。
复合材料可不是简单地把几种材料混在一起，它的性能表现那叫一个神奇。
比如说，碳纤维增强复合材料，它的强度高得吓人。
想象一下，一根细细的碳纤维丝，居然能承受巨大的拉力，比钢铁还厉害！这就像是一个小小的大力士，蕴含着无穷的力量。
再比如说，玻璃纤维增强复合材料，它的耐腐蚀性特别好。
就像我们平时用的一些户外用品，长时间暴露在风吹雨打、日晒雨淋的环境中，依然能保持良好的性能，不会轻易生锈或者老化。
这就好像一个坚强的战士，无论遇到多么恶劣的环境，都能坚守阵地。
然而，复合材料也不是完美无缺的。
它们也会有失效的时候。
就像我前面提到的那辆碳纤维自行车，如果使用不当，比如猛烈撞击或者长期超负荷承载，也可能会出现问题。
失效分析就像是给复合材料“看病”。
我们得仔细研究它为什么会失效，是因为外力过大超过了它的承受极限，还是因为内部结构出现了缺陷，又或者是因为环境因素的长期侵蚀。
有一次，我看到一个复合材料制成的管道破裂了。
经过一番仔细的检查和分析，发现是因为在制造过程中，有一些微小的气泡混入了材料内部，导致了局部的强度下降。
这就好比建房子的时候，墙里面有了空洞，时间一长，自然就容易出问题。
在研究复合材料的失效时，我们还得考虑到温度、湿度等环境因素的影响。
比如说，在高温环境下，一些复合材料可能会变软，失去原本的强度；在潮湿的环境中，又可能会因为吸水而导致性能下降。
总之，复合材料的力学行为和失效分析是一个非常有趣但也充满挑战的领域。
就像我们探索未知的世界一样，每一次的发现都可能带来新的惊喜和突破。
7-复合材料力学-层压板分析-0703
对[0/90/0]s铺层梁N=?
0
90
s
0
第三层Ex=?
第二层j=2, Ex=? j=1, Ex=?
13
对[90/0/90]s铺层梁 90
0
s
90
第三层Ex=?
第二层j=2, Ex=? j=1, Ex=?
对[0/90/90]s铺层梁
0
第三层Ex=?
90
s
90
第二层j=2, Ex=? j=1, Ex=?
[90/0/90]s 16.55 18.34
[0/90/90]s 27.32 18.34
总结： 对于层压板梁，拉伸模量只与含量有关； 弯曲模量与含量有关，也与铺层顺序有关。
另外，提高梁的抗弯刚度，高模量层应布置在表层。
16
例题7.2 上题中层压梁总厚度0.6mm, 宽10mm，SL(+)=SL(-)= 700MPa，ST(+)=ST(-)= 7.0MPa，应用最大应力准则确定Mmax
21
补充：应变的位移表示
用x表示坐标，u表示位移量：
Δx u+Δu
u
Δx+Δu
Δx段的伸长量= Δx+Δu - Δx =Δu
Δx段的应变= Δx段的伸长量/Δx
εx = Δu/Δx Δx段→0 εx = əu/əx
某方向的应变 =位移沿此方向的偏导数 =该方向位移的变化率
22
前面已经表示了层 压板任意点位移：
2.柱屈曲载荷：
3.各层的应力：
11
根据7.13可以估算层压板梁的破坏性能 例如，第j层为纵向受压（0）层，应用最大应力失效准则 类似的，第j层为横向受拉（90）层，应用最大应力失效准则
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。
复合材料层压板易出现的缺陷及解决办法
1、层压板表面发花层压板表面发花一般有两种情况：一种是表面出现白斑；一种是表面有麻孔。
表面发花易出现在薄板中。
（1）白斑白斑产生的原因：①玻璃布含胶量低；②胶布太嫩，在压制时胶布上的树脂流掉较多，形成白斑。
解决办法：①玻璃布的含胶量、可溶性树脂含量，要在规定的范围内；②压制初期压力不要太大，以防树脂流失，形成白斑。
（2）麻孔麻孔产生的原因：①胶布太老，树脂流动性差；②压制时压力过小或受压不均；③压制预热阶段时间长，加压不及时。
解决办法：①选用含胶量较高、可溶性树脂含量稍高的表面胶布；②加大成型压力，增加衬纸数量，并经常更换；③预热阶段时间不宜过长，加压要及时。
2、层压板分层产生原因：①胶布中有老胶布；②胶布含胶量过小；③成型压力太低或加压过迟。
解决办法：严格检查胶布质量，不合格的胶布不要用。
压制时掌握好加压时机及注意保压。
３、板芯发黑，四周发白产生原因：胶布可溶性含量及挥发分含量过大。
预热阶段，板料四周挥发物容易逸出，而中间残留多，呈现板芯发黑，周围发白。
解决办法：降低胶布可溶性树脂含量和挥发分含量，且防止胶布受潮。
4、胶布滑出压制时，胶布从钢板中滑出来。
在压制环氧玻璃布板时比压制环氧酚醛玻璃布板较为常见。
产生原因：①胶布含胶量多；②胶布含胶量不匀，一边高，另一边低；③可溶性树脂含量高；④压制过程中预压阶段的升温过快，起始压力过大；⑤压机本身受力不匀。
解决办法：①严格控制胶布含胶量和可溶性树脂含量在规定范围内；②配布时注意胶布的搭配；③如压制时出现“滑移”情况，要及时关闭热流，保持原来的压力，注意滑移情况，待稳定后，再逐步加热加压，继续进行压制；④利用多层加热板进行加压时，将所有的加热板固定。
５、层压板粘钢板产生原因：①叠料时没放面子胶布，或者面子胶布中没加脱模剂；②钢板上涂的脱模剂不均匀；③压制温度过高。
解决办法：①面子胶布中要含有脱模剂，胶布要适当老一点，即可溶性树脂含量稍低点；②钢板上脱模剂要涂均匀，或改用聚丙烯薄膜作脱模剂；③热压温度要适当。
复合材料层合板损伤失效模拟分析
复合材料层合板损伤失效模拟分析随着科技的不断发展，复合材料在现代社会中的应用越来越广泛。
其中，层合板作为一种具有优异性能的材料，被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
然而，层合板在服役过程中也存在着损伤失效的问题，对于其损伤失效的模拟分析方法进行研究具有重要意义。
关键词：复合材料、层合板、损伤失效、模拟分析复合材料层合板具有高强度、高刚度、耐腐蚀等优点，因此在各个领域得到了广泛的应用。
然而，其在服役过程中会受到各种载荷的作用，如应力、温度、化学环境等，容易导致损伤失效的问题。
在有些情况下，损伤失效可能引发重大安全事故，因此对复合材料层合板损伤失效的模拟分析方法进行研究，对于提高其服役性能和安全性具有重要意义。
内在因素：主要包括材料的制备工艺、微观结构和组成成分等。
这些因素会影响材料的力学性能和耐久性，如强度、刚度、韧性和耐腐蚀性等。
外部因素：主要包括服役过程中的各种载荷作用、环境条件和服役时间等。
这些因素会影响材料的应力状态和环境适应性，如拉伸、压缩、弯曲和耐高温性能等。
基于力学模型的模拟方法：根据材料的力学性能和外部载荷的作用，建立力学模型，如有限元模型、应力-应变模型等，对材料的损伤失效进行模拟和分析。
基于物理模型的模拟方法：根据材料的微观结构和组成成分，建立物理模型，如分子动力学模型、晶格动力学模型等，对材料的损伤失效进行模拟和分析。
基于经验模型的模拟方法：根据大量的实验数据和经验公式，建立经验模型，如响应面模型、神经网络模型等，对材料的损伤失效进行模拟和分析。
本文介绍了复合材料层合板损伤失效模拟分析的相关内容。
复合材料层合板在服役过程中会受到各种载荷的作用和环境条件的影响，容易导致损伤失效的问题。
为了有效预测和控制其损伤失效，需要建立合适的模拟分析方法。
目前，基于力学模型、物理模型和经验模型的模拟方法已被广泛应用于复合材料层合板的损伤失效模拟和分析中。
这些方法可用来研究材料的内在因素和外部因素对损伤失效的影响，从而为提高材料的服役性能和安全性提供指导。
复合材料层合板失效分析
复合材料层合板失效分析概述复合材料层合板是一种由两个或多个不同材料的层片通过互相粘结形成的结构材料。
由于其具有良好的强度、刚度和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
然而，在使用过程中，复合材料层合板可能会发生失效，降低其使用寿命和安全性。
因此，对复合材料层合板的失效进行分析非常重要。
本文将对复合材料层合板的失效进行分析，包括常见的失效模式、失效的原因以及预防措施。
常见的失效模式层间剥离层间剥离是复合材料层合板常见的失效模式之一。
当外部载荷作用在复合材料层合板上时，由于层间粘结强度不足，各层片之间会产生剪切应力，从而导致层间剥离失效。
纤维断裂纤维断裂是指复合材料层合板中纤维失效的情况。
由于复合材料的力学性能主要依赖于纤维的强度和刚度，当外部载荷达到纤维的极限强度时，纤维会发生断裂失效。
矩阵破坏复合材料层合板中的矩阵是纤维的粘结剂，当外部载荷作用在复合材料上时，矩阵可能会发生破坏。
矩阵破坏会导致脆性断裂，并可能引起层间剥离和纤维断裂。
疲劳失效疲劳失效是指复合材料层合板在长期受到交替或重复的载荷作用下，发生裂纹扩展和失效的情况。
疲劳失效通常由于载荷引起的局部变形和材料的应力集中导致。
失效的原因复合材料层合板失效的原因主要包括以下几个方面：设计不合理复合材料层合板的设计不合理是导致失效的重要原因之一。
设计应考虑到载荷的大小、方向和作用方式，合理设计层合板的厚度、层序和层间粘结结构，以确保其承载能力和韧性。
制造质量不合格制造过程中的质量问题也可能导致复合材料层合板失效。
例如，层片之间的粘结强度不足、纤维布局不合理、矩阵中含有缺陷等，都可能导致失效。
外部环境外部环境的异常变化也会导致复合材料层合板的失效。
例如，温度变化、湿度变化、化学腐蚀等都会对复合材料层合板的性能产生影响，进而导致失效。
预防措施为了预防复合材料层合板的失效，可以采取以下预防措施：合理设计合理的设计是预防失效的关键。
应根据复合材料层合板的使用条件和载荷要求，设计出合适的层厚比、层片间的粘结结构，避免出现层间剥离、纤维断裂等失效模式。
复合材料层合板贴补修理失效模式分析与修理参数选择
准则 采用 二次 能量 准 则 ，材 料 积 分 点 的 刚度 退 化 由 内部 损 伤状态 变 量 控 制 ．基 于 此 有 限元 模 型分 析 了 贴补 与挖 补修 理 的修 理参 数对 修 理效 果 的影 响 。姚 辽 军 等 建 立 了 基 于 连 续 介 质 损 伤 力 学 模 型 （ＣＤＭ）和粘 聚 区模 型 （ＣＺＭ）的非 线 性 三 维 渐 进 损 伤有 限元模 型 ，对 损 伤 模 式 和结 构 的修 补 强 度 进 行 了有效 模拟 和 预测 。在对 复合 材料进 行 渐 进失 效分 析 时 主要分 为 应 力求 解 、失效 分 析 和 材 料 属 性 退化 三大 步骤 ，这些 步 骤 不 断 迭代 ，直 到结 构 最终 失 效 ， 其 中应 力求 解 主 要 由有 限元 软 件完 成 。大 部 分 的研 究 工作 集 中在失 效准 则 的确定 和材料 属 性退 化 方案 的研究 上 。
２０１８年 第 １期
玻 璃 钢 ／复 合 材 料
２９
复 合材 料 层 合板 贴 补 修理 失 效模 式 分 析 与枫 ，周 正根
（武汉 理 工 大学 理 学 院 ，武 汉 ４３００７０） 摘 要 ：在 对 复 合 材 料 层 合 板 进 行 渐进 失 效 分 析 时 ，Ｚｉｎｏｖｉｅｖ刚度 退 化 模 型是 最 常 用 的 刚 度 退 化 模 型 之 一 ．但 是 该 模 型 涉及
关 键 词 ： 内聚 力模 型 ；数 值模 拟 ；渐 进 失 效 ；Ｚｉｎｏｖｉｅｖ理 论 ； 刚度 退 化 ；ＡＮＳＹＳ 中 图分 类 号 ：ＴＢ３３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００３—０９９９（２０１８）０ｌ一００２９—０９
随着 复合 材 料 的使 用 量 持续 增 加 ，复合 材 料 结 构 面 临着 越来 越 多 的修 理 任务 ．胶 接 贴 补修 理 法 因 操 作 简单 、成本 低 、修理 后强 度恢 复率 较 高等 优 点成 为 复合 材料 结 构修理 的主要方 法 。由于 补片 贴补 修 理 的特 殊结 构形 式使 得研 究 者必 须采 用 三维 有 限元 方 法才 能对 母板 、补 片 以及胶 层进 行 比较 好 的模 拟 。 Ｃａｍｉｎｅｒｏ等 ＿１．２］利用有 限元 方 法 研 究 了拉 伸 荷 载 下 单 面 以及 双 面贴 补 修 理 ，并 对 受 拉 过 程 中修 理 结 构 的损 伤起 始 以及 裂 纹 的扩 展 进 行 了监 测 ．其 结 果 与 有 限元模 拟 的结果 吻合 得 比较 好 。ＡＪ．Ｍａｎｓｏｕｒ等 ［。］ 对拉 伸荷 载 下 单 面贴 补 结 构 建 立 了 三 维 有 限元 模 型 ，并 探究 了拉 伸 时 的结 构 应 变 、位 移 以及 强 度 等 ， 最后 就 修 补 参 数 对 修 补 效 果 的影 响 进 行 了 分 析 。 Ｃｈｅｎｇ等 ［４ ］对碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 双 面 贴 补 修 理 结 构 同时 进行 了有 限 元 模 拟 和实 验 研 究 ，探 究 了修 理 结构 修 复后 的强 度 、损 伤 起 始 以及 扩 展 。李 振 凯 等 ［６］对 复合 材料 层合 板 的双 面贴补 结构 进行 了渐进 失 效 分 析 ，母 板 和 补 片 的 损 伤 起 始 准 则 采 用 三 维 Ｈａｓｈｉｎ准 则 和 Ｙｅ分 层准 则 ．用 损 伤张 量进 行 刚度 退 化 。王跃 全 等 ］建 立 了基 于连 续介 质损 伤力 学 的层 合板 以及 胶 层 的 渐进 损 伤 三 维 有 限 元模 型 ．层 合 板 的损 伤起 始 准则 采用 了三 维 Ｈａｓｈｉｎ准则 ，损 伤 扩 展
复合材料加筋壁板装配应力对结构失效影响的试验与数值分析
DOI ：10. 19936/j. cnki. 2096-8000. 20210428. 014复合材料加筋壁板装配应力对结构失效影响的试验与数值分析王世杰1 ,陈振2*，徐鹏1 ,刘小林1，汪海2(1.上海飞机制造有限公司，上海 200436； 2.上海航空材料结构检测股份有限公司，上海 201318)摘要：复合材料层压板由于各向异性及沿厚度方向的不连续性的特点，在承受面外载荷作用下，会产生层间应力。
层间 应力值超过层压板层间开裂强度时，层压板会发生层间分层现象。
为了研究装配应力对加筋壁板破坏行为的影响，本文进行 了相应的试验和数值分析。
首先对加筋壁板结构进行静力加载试验，得到了试验件的破坏载荷和破坏模式。
其次通过螺栓加 载至工况载荷并保载一定时间，实现了保载试验。
最后利用有限元分析了结构的应力分布规律。
结果显示，试验件在静力载荷的作用下会发生共胶接区脱粘破坏并伴随缘条分层破坏，在保载作用下长桁下缘条产生了微分层现象，数值分析获取的应力分布规律与试验结果吻合良好。
研究结果可为复合材料壁板的装配作业规范和铺层方案设计验证提供参考。
关键词：复合材料；加筋壁板；装配应力；缘条分层；试验；数值分析中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：2096-8000( 2021) 04-0096-061引言碳纤维增强树脂基复合材料由于其较高的比强 度、比刚度、可设计性及良好的疲劳性能等优点,被 广泛地应用于飞机结构上［1，2］。
复合材料结构在构 型几何不连续或材料不连续处附近会产生较高的面内应力梯度，且面内应力梯度又伴随着面外或层间的应力。
由于复合材料层间强度较弱，面外或面内 应力会引起分层扩展［3］。
分层主要是由厚度方向的 拉应力或平行层表面的平面内剪切应力造成的，且在结构的自由边缘附近更容易出现分层现象［4,5］。
复合材料结构由蒙皮、长桁、肋等结构组成。
由于复合材料层压板在固化和加工过程中存在超差或热应力等因素导致零件产生变形，在装配时可能会存在不同程度的强迫装配现象67］。
5-多向层压板力学性能试验方法分解
1.3 开孔拉伸试验：ASTM D 5766
2 试验流程
编号 状态调节 几何尺寸测量 试验件存储 试验件安装
加载 破坏模式 试验件保存
与D 3039中的“试验步骤”相同
记录试件的破坏模式 和破坏区域，选用基 于三部分破坏模式代 码的标准描述方法。
➢ 1—破坏Βιβλιοθήκη 式➢ 2—破坏区域➢ 3—破坏位置
LGM
➢ 多向层压板（至少有2个方向的纤维）
➢ 宽度：361 mm
➢ 长度：200~300 mm
长度
➢ 孔径：60.06 mm
开孔 w/D=6
➢ 厚度：2.5 mm，允许范围为2~4 mm
➢ 多向层压板（[45/0/-45/90]2s） ➢ 宽度：380.2 mm ➢ 长度：300 mm ➢ 孔径：6.30.1 mm
3.3 充填孔拉伸/压缩试验：ASTM D 6742
1 试验件
充填孔拉伸： ➢ 多向层压板（至少有2个方向的纤维） ➢ 宽度：361 mm ➢ 长度：200~300 mm ➢ 孔径：60.06 mm ➢ 厚度：2.5 mm，允许范围为2~4 mm
充填孔压缩： ➢ 多向层压板（至少有2个方向的纤维） ➢ 宽度：361 mm ➢ 长度：300 mm ➢ 孔径：60.06 mm ➢ 厚度：4 mm，允许范围为3~5 mm
层压过程常见的不良现象原因及分析
多（单）晶硅太阳能电池组件，层压过程常见不良现象原因及分析下面是实际生产中经常遇到的一些问题。
提出问题：1、组件中有碎片。
2、组件中有气泡。
3、组件中有毛发及垃圾。
4、汇流条向内弯曲。
5、组件背膜凹凸不平。
问题分析：1、组件中有碎片，可能造成的原因：1、由于在焊接过程中没有焊接平整，有堆锡或锡渣，在抽真空时将电池片压碎。
2、本来电池片都已经有暗伤，再加上层压过早，EVA 还具有很良好的流动性。
3、在抬组件的时候，手势不合理，双手已压到电池片。
2、组件中有气泡，可能造成的原因：1、EVA 已裁剪，放置时间过长，它已吸潮。
2、EVA 材料本身不纯。
3、抽真空过短，加压已不能把气泡赶出。
4、层压的压力不够。
5、加热板温度不均，使局部提前固化。
6、层压时间过长或温度过高，使有机过氧化物分解，产出氧气。
7、有异物存在，而湿润角又大于90°，使异物旁边有气体存在。
3、组件中有毛发及垃圾，可能造成的原因：1、由于EVA、DNP、小车子有静电的存在，把飘着空的头发，灰尘及一些小垃圾吸到表面。
2、叠成时，身体在组件上方作业，而又不能保证身体没有毛发及垃圾的存在。
3、一些小飞虫子死命的往组件中钻。
4、汇流条向内弯曲，可能造成的原因：1、在层压中，汇流条位置会聚集比较多的气体。
胶板往下压，把气体从组件中压出，而那一部分空隙就要由流动性比较好EVA 来填补。
EVA 的这种流动，就把原本直的汇流条压弯。
2、EVA 的收缩。
5、组件背膜凹凸不平，可能造成的原因：1、多余的EVA 会粘到高温布和胶板上。
问题解决：1、组件中有碎片：①、首先要在焊接区对焊接质量进行把关，并对员工进行一些针对性的培训，使焊接一次成型。
②、调整层压工艺，增加抽真空时间，并减小层压压力（通过层压时间来调整）。
③、控制好各个环节，优化层压人员的抬板的手势。
2、组件中有气泡：①、控制好每天所用的EVA 的数量，要让每个员工了解每天的生产任务。
②、材料是由厂家所决定的，所以尽量选择较好的材料。
cfrp层合板冲击后压缩失效分析数值模拟
摘要: 复合材料层合板的损伤容限是复合材料结构设计的关键因素ꎮ 针对碳纤维增强复合材料( ＣＦＲＰ) 层合板低速冲击
损伤和压缩破坏问题ꎬ本文基于连续损伤力学和粘结单元模型ꎬ在 ＡＢＡＱＵＳ 中对两种不同冲击能量下的层合板进行了低速冲
击和冲击后压缩仿真分析ꎬ并对层内和层间损伤进行了研究ꎬ分析了层合板的冲击损伤与压缩失效行为ꎬ通过与试验结果进行
二次冲击设备启动阻止试件受到二次冲击ꎮ 数据采
参数如表 １
[１５]
所示ꎮ
定到夹具上ꎬ落锤从设定高度落下冲击试件ꎬ之后防
Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＣＦＲＰ ｌａｍｉｎａｔｅｓ
集系统利用压力传感器采集冲击过程中的冲击力
参 数
数 值
参 数
数 值
Ｅ １ / ＭＰａ
ＣＦＲＰ 层合板冲击后压缩失效分析数值模拟
１２
２０２０ 年 ５ 月
ＣＦБайду номын сангаасＰ 层合板冲击后压缩失效分析数值模拟
李要磊ꎬ 铁 瑛 ∗ ꎬ 李 成ꎬ 孙振辉
( 郑州大学机械与动力工程学院ꎬ 郑州
４５０００１)
２ 试验设备与方法
２ １ 材料和试件
度对冲击后压缩强度的影响
[７￣１０]
[１２]
分考虑了三维应力状态时的拉伸和压缩破坏机制ꎮ
分离定律来捕获损伤的发生和损伤演化ꎬ对复合材
料层间损伤、层内损伤情况以及损伤容限进行了相
关研究ꎮ Ｇｏｎｚáｌｅｚ 等
[１３]
采用连续壳单元和粘性表
面的有限元模型求解策略来模拟冲击后的压缩行
１３
２０２０ 年第 ５ 期
ｍｍꎮ 铺层顺序为[ ９０ / ４５ / － ４５ / ０] ３Ｓ ꎬ层合板的材料
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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。
作为分析，需要了解在什么载荷水平下会发生分层。
层间的裂纹扩展（分层）是复合材料损伤中最常见的。
层间富含树脂，因而其开裂的断裂能比穿过纤维的层外开裂的断裂能要低几个数量级。