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1. Progressive failure prediction of woven fabric composites using a multi-scale approach

通过多尺度方法预测机织复合材料的渐进失效行为

翻译：党浩源

为了预测材料的多尺度损伤特征，本文通过理论预测和数值仿真相结合的方法建立了协同式多尺度仿真模型框架，用于预测平纹、斜纹和锻纹机织复合材料在微观尺度和细观尺度上的损伤行为。该模型基于应力放大因子的概念，通过编写子程序将材料在细观尺度（纱线）上的应力传递到微观尺度（纤维和基体）。随后，通过最大应力失效准则和von Mises失效准则分别判断纤维和基体的损伤起始，并通过常数退化法和渐进刚度退化法分别实现纤维和基体刚度性能的折减。最后，通过微观力学模型将均匀化后的力学性能重新传递回细观有限元模型。研究结果表明，该模拟方法能够准确预测二维织物在拉伸载荷条件下的宏观力学响应，同时能够预测材料在微观尺度上的失效行为。

图1.（a）微细观协同有限模型预测框架示意图；（b）平纹机织复合材料在拉伸载荷条件下的力学响应和微观失效行为

Xu L, Huang Y, Zhao C, Ha SK. Progressive failure prediction of woven fabric composites using a multi-scale approach. Int J Damage Mech 2018; 27(1): 97-119.

2. A novel four-linear cohesive law for the delamination simulation in composite DCB laminates

一种复合材料DCB层合板分层模拟的新型四线性内聚律 

翻译：曹俊超

多向复合材料DCB层合板的裂纹尖端通常会出现大范围的纤维桥连，导致断裂韧性出现明显的R-曲线现象。为了在数值模拟中考虑纤维桥连对分层扩展的影响，该文提出了一种符合实际分层失效过程的新型四线性内聚力模型。该模型由表征分层起始的双线性内聚律和表征纤维桥连损伤行为的三线性内聚律叠加而成，模型所需的参数可以通过DCB试验确定，除了断裂韧性比m需要数值分析确定，引入该参数是为了以简单的方式表征纤维桥连的非线性软化行为，并且使得内聚力模型易于在有限元模型中实现。使用该模型得到的模拟结果与两种多向层合板的试验结果具有良好的一致性，表明了该内聚力模型的准确性与适用性。与现有方法相比，该模型需要通过数值方法确定的参数更少，实际应用更简单。

图2. (a)DCB试样分层扩展中力学行为示意图；(b)四线性内聚律示意图；(c)0°//5°界面试样的数值和试验结果对比；(d) 45°//-45°界面试样的数值和试验结果对比。

Yin S, Gong Y, Li W, Zhao L, Zhang J, Hu N. A novel four-linear cohesive law for the delamination simulation in composite DCB laminates. Compos B Eng 2020; 180:107526.

3. A computational framework for energy absorption and damage assessment of laminated composites under ballistic impact and new insights into target parameters

弹道冲击下层合板能量吸收和损伤评估的计算框架和靶板参数研究

翻译：陈小鹏

抗面外冲击性能是层合板复合材料的重要应用指标。该文基于考虑损伤特性的单层板本构模型和层间内聚力模型，建立了层合板弹道冲击问题的数值模拟框架。该文的主要结论如下：（1）能量主导机制随速度变化，当弹道速度低于临界穿透速度时，弹体动能主要转化为靶板的塑性应变能，当弹道速度高于临界穿透速度时，弹体动能主要转化为靶板的动能，如图3(a)所示；（2）界面力学性能对层合板抗面外冲击性能影响较大，主要取决于分层模式及其能量耗散，表现为界面剪切性能越高，分层诱导的能量耗散越大，如图3(b)所示，分层耗散能对剪切主导的II型和III型断裂模式具有较大敏感性；（3）[0/90]_4s铺层在同等条件下具有较高的抗面外冲击性能，主要表现为弹体剩余速度最小、靶板内能最大，如图3(c)所示。

图3.（a）不同冲击速度下能量主导机制对比图（左：200m/s，未穿透，由塑性应变能主导；右：400m/s，穿透，由靶板动能主导）；（b）分层耗散能对不同断裂模式的敏感性对比图（对剪切主导的II型和III型断裂模式敏感）；（c）不同铺层形式的穿透剩余速度和靶板内能对比图。

[1] Goda I, Girardot J. A computational framework for energy absorption and damage assessment of laminated composites under ballistic impact and new insights into target parameters. Aerosp Sci and Technol 2021; 115: 106835.

4. An experimental and numerical investigation of the ballistic penetration behavior and failure mechanism of 3D MWK composites

三维MWK复合材料弹道侵彻行为及破坏机理的实验和数值研究

翻译：刘鹏

三维多轴经编（3DMWK）复合材料在航空航天领域的应用正在迅速发展。本文对3DMWK碳/环氧复合材料进行了圆柱弹体侵彻试验（试样和装置如图4（a）），得到了不同弹体速度下试样的穿透行为和破坏机理。同时采用了基于三维Hashin破坏准则的纤维束渐进损伤本构，提出了基于延性损伤的纯基体弹塑性本构，考虑了应变率效应和界面分层现象，建立了试样冲击试验的有限元模型（图4（b））。试验数据与数值预测结果吻合情况良好（图4（c）），说明提出的有限元模型能准确捕捉材料失效行为；此外，结果显示随着弹体冲击速度的增加，复合材料试样的能量吸收能力增强，纤维束断裂和纯基体塑性变形更为严重（图4（d））。

图4.（a）试样和试验装置图；（b）冲击试验有限元模型；（c）试验和仿真结果对比图；（d）三种冲击速度下试样破坏轮廓图

Zhu H, Li D, Jiang L, Fang D. An experimental and numerical investigation of the ballistic penetration behavior and failure mechanism of 3D MWK composites. Compos Struct 2022; 116041.

5. Experimental and theoretical investigation on tensile properties and fracture behavior of carbon fiber composite laminates with varied ply thickness

不同单层厚度碳纤维层合板的拉伸性能与破坏行为试验与理论研究

预浸料层合板是目前被广泛应用的一种碳纤维增强复合材料，其力学性能可能受到单层厚度的影响。该文发展了一种展宽纤维束预浸料制备工艺，完成了相同体积分数下不同单层厚度的单向层合板制备与拉伸测试。测试结果表明，随着单层厚度从0.10mm降低至0.02mm，层合板的模量和强度分别增加了25.4%和12.6%，并且宏观破坏模式由刷状伴随明显分层形貌转变为束状开裂。通过声发射、AFM原子力显微镜、光学显微镜和SEM电镜等手段对试验前后试样进行表征发现，随着层厚减薄材料的微观结构均匀性逐渐提高，具体表现为树脂富集减少，纤维偏折减缓。这种变化使得材料的层间断裂韧性得以提高，抑制了纤维断裂、基体微裂纹等损伤的进一步演化。通过推导，在经典混合法则中引入了纤维偏转角度的性能等效系数，实现了对于试验结果的准确预测。该文章进一步阐明了单层厚度对于层合板性能的影响机制。 

图5.（a）纤维展宽减薄预浸料制备工艺流程；（b）不同单层厚度的层合板应力应变曲线；（c）单层0.02mm层合板和单层0.10mm层合板宏观断口对比；（d）单层厚度对于层合板强度和模量影响；（e）考虑纤维偏转的混合法则模型预测结果。

Zhou YG, Wang CY, Zhang JN, Wu HH. Experimental and theoretical investigation on tensile properties and fracture behavior of carbon fiber composite laminates with varied ply thickness. Composite Structures 2020;249:112543.

6. Hugoniot properties for concrete determined by full-scale

detonation experiments and flyer-plate-impact tests

通过全面爆炸试验和飞板冲击试验确定混凝土的许贡纽性能

翻译：夏荣柱

为了确定混凝土的许贡纽特性，本文进行了全面爆炸试验和飞板冲击试验。在全面爆炸试验中，压力是通过安装在混凝土体内的碳电阻计测量所得，并通过守恒方程计算相关的密度；在飞板冲击试验中，C45钢板受冲击后的速度历程由速度干涉仪系统测得，并通过守恒方程计算相关的压力和密度。如图6(d)所示绘制了从全面爆炸试验和飞板冲击试验计算出的压力密度数据，在1.3-3.3GPa的压力范围内，两种试验方法获得的数据吻合性较好，从而验证了对于材料相同而形状不相同的试样可以用不同的试验方法进行验证和补充，并且说明了两种方法的可靠性；然而在3.3-7.1GPa的压力范围内只有飞板冲击试验的数据；由于和被冲击的钢板相比，混凝土的阻抗比较低，因此在飞板冲击试验中没有获得压力大于7.1GPa的压力密度数据。

图6.(a) 全面爆炸试验装置以及混凝土板地面的压力表安装位置；图(b) 全面爆炸试验中靶板的压力历程曲线；图(c) 带有混凝土的弹托以及飞板冲击试验装置；图(d) 混凝土的压力密度试验数据。

Gebbeken N, Greulich S, Pietzsch A, Hugoniot properties for concrete determined by full-scale detonation experiments and flyer-plate-impact tests, Int J Impact Eng, 2006: 2017-2031.

7. High velocity impact response of 3D hybrid woven composites

三维混杂编织复合材料的高速冲击响应

翻译：魏海涛

本文研究三维混杂编织复合材料的高速冲击响应，研究的复合材料面板的结构包括三层经纱和四层纬纱叠层作为交叉层。经纱和纬纱由z型纱结合在一起，z型纱沿着经纱纤维的方向从上到下将所有层结合在一起。在7层复合材料薄片中，4层由S2玻璃纤维组成，另外3层由碳纤维组成。该工作利用商用有限元软件内置的本构和损伤模型，建立一个有效的数值仿真模型，以预测三维混合编织复合材料在高速冲击下的行为。为了预测复合材料在高速冲击过程中的本构和损伤行为，在有限元模型中提出了粘聚接触和连续壳单元相结合的方法。材料受到冲击后的分层行为通过引入相邻两层板之间的粘聚接触来表征，而复合材料层板在冲击过程中产生的损伤则通过Hashin破坏准则用连续壳单元来模拟。模型中引入了包含失效行为的连接单元，以表示三维编织复合材料的z型纱线。所建立的有限元模型能较好地捕捉冲击过程中的损伤现象，与试验结果吻合较好，为表征三维混杂编织复合材料在高速冲击下的冲击响应提供了有价值的工具。                       

图7. （a） 三维混合编织复合材料单胞编织结构      （b）不同子弹速度下剩余速度比较

Ahmed Sohail, Zheng Xitao, Shiekh Muhammad Zakir,High velocity impact response of 3D hybrid woven composites,Procedia Structural Integrity,Volume 13,2018,Pages 450-455,ISSN 2452-3216

8. Experimental study on interface failure behavior of 3D printed continuous fiber reinforced composites

3D打印连续纤维增强复合材料界面失效行为的实验研究

翻译：党志龙

连续纤维复合材料的增材制造在制造下一代轻质复杂结构部件方面表现出巨大潜力。本论文旨在从两个方面评估3D打印碳纤维增强塑料(CFRP)复合材料的界面质量：Ⅰ型层间断裂韧性和混合模式的界面失效机制。在试验测试之前，对3D打印样品的微观结构质量进行了表征，表明不同材料的空隙含量和形状是不同的。短纤维基体层与连续纤维增强层接触有明显的边界线，同种材料层之间形成的界面没有明显的连接痕迹。通过标准样品测试表征了连续碳纤维层之间的界面断裂韧性，研究发现，双悬臂梁（DCB）试验中出现的了明显的纤维桥接现象，导致较高的初始Ⅰ型断裂韧性；末端缺口弯曲（ENF）测试发现，初始模式II在0°连续碳纤维层之间的断裂韧性相对较低。扫描电子显微镜（SEM）分析表明，分离的表面只有一小部分被剪切的基体。本文还提出了直接打印的单搭接试件作为模拟复杂结构部件承受剥离和剪切混合应力的简化模型，研究了不同材料、不同纤维角构成的界面在混合应力下的力学响应和失效特性。研究发现，每个试件都呈现出一些混合破坏模式，不同材料和不同纤维取向的界面特征完全不同。研究结果深入了解了3D打印纤维增强结构的界面特性，从而为实际应用提供了关键数据和知识。

图8 DCB测试结果：（a）典型的力置换曲线；（b）纤维桥接的现象。

Xiangren Kong, Junjie Luo, Quantian Luo, et al. Experimental study on interface failure behavior of 3D printed continuous fiber reinforced composites. Addit. Manuf. 2022;59:103077.