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在实际服役环境下,碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)结构表面容易出现浅划痕损伤,如何评估损伤后CFRP结构的承载性能是关注的焦点。基于边界效应模型(BEM)研究了CFRP板出现表面浅裂纹后的断裂强度,提出了一种CFRP表面定量深度浅裂纹的预制方法,较准确地制备了包含表面浅裂纹的试件;完成了三点弯曲准静态成组试验,在金相显微镜下对裂尖损伤区的断裂特征进行观测,建立了裂纹尖端损伤区量化评价方法。研究结果表明:通过标定试验确定了试验机分别施加300,450,600 N的压力载荷后,CFRP层合板试件表面可形成平均深度约为0.10,0.14,0.18 mm的浅裂纹;完成了边裂纹试件的三点弯曲断裂试验,通过裂纹扩展观测和成组试验数据的拟合分析,确定了反映裂尖损伤区分布范围的参数β和断裂参数C的最优取值,分别为β=0.27,C=0.47,实现了CFRP表面微裂纹损伤后断裂强度的评价,并且拟合分析与直接拉伸试验的抗拉强度对比偏差为4.59%,验证了BEM模型的合理性;基于BEM模型,建立了CFRP层合板断裂强度预测的解析方程,以便于实际工程应用。 ...
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为研究2层不同角度碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, CFRP)加固柏木的受压裂纹演化规律,对分别粘贴2层30°、60°、90°CFRP的柏木进行单轴压缩试验,利用声发射(Acoustic Emission, AE)技术和数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术对试件的裂纹演化过程进行监测,最后结合数值模拟对试件的荷载位移曲线进行验证并提供加固木材的方法指导。结果表明,声发射信号可以反映试件裂纹的萌生规律及力学特性,CFRP包裹角度越大,试件裂纹扩展越平缓,延性越高,最大承载力越高;RA-AF分析法和DIC表面云图的结合可以反映试件裂纹类型、萌生的位置及扩展过程,试件的裂纹均以张拉型裂纹为主,且CFRP包裹角度越大,裂纹就越容易在端部产生;AE技术、RA-AF分析法、DIC技术和数值模拟的结合为进一步研究CFRP包裹角度与裂纹演化规律的影响关系提供参考。 ...
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为有效预测碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced polymer,CFRP)层压板的雷击电弧附着响应,并探讨阳极试件材料对雷电电弧参数空间分布的影响,基于商业有限元分析软件ABAQUS,分析了CFRP层压板雷电流注入后的热-电-结构耦合,建立了CFRP层压板电弧附着损伤的三维有限元模型。模拟了复合材料层压板在雷电流作用下的冲击响应,进行了复合材料层压板雷击附着机理和作用模式的分析,并探讨了试件尺寸对电弧附着响应特性的影响。研究结果表明,当CFRP试件的长宽比接近1时,CFRP损伤区域往往集中在准静态电弧附着处,与其他长宽比相比,损伤面积较小,但损伤深度较深。 ...
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随着社会的发展,轨道交通的轻量化需求越来急迫。碳纤维复合材料CFRP具有高比强度、高比刚度等优点,在轨道交通车辆的轻量化实现中表现出巨大的应用潜力。然而,由于CFRP的各向异性,不同铺层方向的层间性能存在差异。CFRP制作过程中都会产生残余应力,从而导致变形。为了更好地预测层间性能和控制CFRP的变形,对CFRP的层间性能和变形行为进行了深入研究,重点研究了对称铺层方案对层间性能的影响以及泡沫三明治结构对变形的影响。通过Abaqus进行模拟计算发现,虽然铺层的原始层和对称层在CFRP厚度方向位置不同,但其应力水平及应力分布保持一致。此外,三明治结构对接触面设置了粘性行为和损伤准则,三明治结构能够有效降低变形量,提高整体的抗屈服和抗变形性能。研究结果表明,对称铺层方案和泡沫三明治结构可以有效改善CFRP的层间性能和变形,为轨道交通车辆的轻量化设计和变形控制提供重要的参考。 ...
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