湿热循环作用下三维编织复合材料冲击力学行为及动态本构模型研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51605218
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0504.机械结构强度学
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:关玉璞; 颜诚; 徐益兵; 双超; 柳旭;
- 关键词:
项目摘要
3D braided Composite fan blades of aero-engine have advantages of light weight and excellent anti-impact capability. However, the foreign object damage capacity of composite fan blade is apt to be affected by the cyclic hydrothermal environment in aero-engine service, which causes the inner damage and mechanical properties degradation, and consequently threatens the engine safety. In this project, the matrix cracking and fiber/resin interface damage evolution law and mechanical properties degradation are investigated from the meso-scale phase view. By performing the dynamic mechanical tests in 102-103s-1 strain rate range after cyclic hydrothermal tests for 3D braided composites, combining with the meso-scale finite element model and periodical unit cell analysis method, the macro-and-meso dynamic constitutive model considering the cyclic hydrothermal damage effect is developed and the influences of cyclic hyrdrothermal environment on the dynamic mechanical behavior and failure damage mechanism of 3D braided composites under impact load is revealed. The main innovation of this project lies in: (1) Investigation on the mechanical behavior and damage mechanism of 3D braided composites under the combined action of cyclic hydrothermal environment and impact load under high strain rates for the first time. (2) By studying the damage and mechanical behavior of matrix and fiber/matrix interface respectively, the cyclic hydrothermal effect is firstly incorporated into the dynamic constitutive model of 3D braided composites, which provide the analysis tool to predict the performance against the foreign object damage of composite fan blade during in service.
三维编织复合材料风扇叶片具有质量轻与抗冲击能力强的优点,但在航空发动机服役期间受到循环交变湿热环境作用产生内部损伤与性能退化,影响叶片抗外物损伤能力而威胁发动机安全。本项目从细观组分角度分别研究湿热循环过程中基体裂纹和纤维/树脂界面损伤的演化机理及力学性能退化规律,通过对湿热循环作用后三维编织复合材料开展应变率102-103s-1范围内的动态力学性能试验,结合细观有限元模型和周期化胞元分析方法,建立考虑湿热循环作用的宏细观动态本构模型,揭示湿热循环对三维编织复合材料冲击载荷下的力学行为与失效机理的影响规律。本项目创新之处在于:(1) 首次研究三维编织复合材料在湿热循环和高应变率的冲击载荷共同作用下的力学行为与损伤机理;(2) 通过分别研究基体与纤维/基体界面损伤及力学性能,首次三维编织复合材料的动态本构模型中考虑湿热循环效应,为复合材料风扇叶片在服役期内抗外物损伤能力预测提供分析工具。
结项摘要
三维编织复合材料风扇叶片具有质量轻与抗冲击能力强的优点,但在航空发动机服役期间受到循环交变湿热环境作用产生内部损伤与性能退化,影响叶片抗外物损伤能力而威胁发动机安全。本项目从细观组分角度,开展了四个方面的工作:(1)针对湿热循环作用下的环氧树脂基体开展了准静态和动态拉伸力学性能试验,揭示了树脂基体力学性能退化规律,基于ZWT本构模型发展了考虑湿热循环的环氧树脂本构模型及VUMAT子程序。(2)针对湿热循环作用下CFRP层间界面损伤的演化机理,通过开展层间剪切强度试验和I、II型层间断裂韧性试验,结合混合模式的内聚力模型,发展了考虑湿热循环作用的界面本构模型及VUMAT子程序。(3)通过对湿热循环作用后三维编织复合材料开展应变率102-103s-1范围内的动态力学性能试验,掌握了三维编织复合材料的湿热损伤机理及高应变载荷下的力学行为;(4)结合细观有限元模型和周期化胞元分析方法,建立了考虑湿热循环作用的宏细观动态本构模型,揭示湿热循环对三维编织复合材料冲击载荷下的力学行为与失效机理的影响规律。本项目创新之处在于:(1) 首次研究三维编织复合材料在湿热循环和高应变率的冲击载荷共同作用下的力学行为与损伤机理;(2) 通过分别研究基体与纤维/基体界面损伤及力学性能,首次三维编织复合材料的动态本构模型中考虑湿热循环效应。本项目的研究成果为复合材料风扇叶片在服役期内抗外物损伤能力预测提供分析工具,也可推广至军机CFRP层合板、风机叶片等复合材料结构,具有广阔的应用前景。
项目成果
期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
航空发动机复合材料机匣弹道冲击特性
- DOI:10.13224/j.cnki.jasp.2018.01.004
- 发表时间:2018
- 期刊:航空动力学报
- 影响因子:--
- 作者:刘璐璐;赵振华;陈伟;柳旭;高骏冬
- 通讯作者:高骏冬
湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:机械工程材料
- 影响因子:--
- 作者:双超;刘璐璐;赵振华;关玉璞;陈伟
- 通讯作者:陈伟
A simplified delamination modelling methodology for triaxial braided composites with macro-scale solid finite-element models
具有宏观尺度实体有限元模型的三轴编织复合材料的简化分层建模方法
- DOI:10.1080/13588265.2017.1400634
- 发表时间:2019
- 期刊:International Journal of Crashworthiness
- 影响因子:1.9
- 作者:Tan Huancheng;Liu Lulu;Guan Yupu;Chen Wei;Zhao Zhenhua
- 通讯作者:Zhao Zhenhua
Dynamic compressive behavior of four-step three-dimensional braided composites along three directions
四步三维编织复合材料沿三个方向的动态压缩行为
- DOI:10.1016/j.ijimpeng.2019.103366
- 发表时间:2019
- 期刊:International Journal of Impact Engineering
- 影响因子:5.1
- 作者:Tan Huancheng;Huang Xiong;Liu Lulu;Guan Yupu;Chen Wei
- 通讯作者:Chen Wei
Longitudinal Compressive Property of Three-Dimensional Four-Step Braided Composites after Cyclic Hygrothermal Aging under High Strain Rates
高应变率下循环湿热老化后三维四步编织复合材料的纵向压缩性能
- DOI:10.3390/app10062061
- 发表时间:2020
- 期刊:Applied Sciences
- 影响因子:--
- 作者:Xu Kailong;Chen Wei;Liu Lulu;Luo Gang;Zhao Zhenhua
- 通讯作者:Zhao Zhenhua
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- 通讯作者:谢玉淳
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- 通讯作者:邵全琴
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- 通讯作者:刘仁江
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- 期刊:船舶力学
- 影响因子:--
- 作者:刘璐璐;翟树成;张国平;张军
- 通讯作者:张军
其他文献
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