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复合材料层合板准静态压痕损伤实验研究与数值分析

作　者: 李禹
导　师: 张博平
学　校: 西北工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 复合材料层合板准静态压痕损伤数值模拟剩余强度
分类号: O346.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

由于复合材料层压板比强度和比模量高等优点，在现代航空航天结构上得到广泛应用，其冲击损伤问题一直受到工程界的重视。由于冲击过程的瞬时性，给损伤定量分析带来困难，本文利用纤维聚合物基复合材料对集中准静态压痕力损伤阻抗的标准试验方法(ASTM标准)，对复合材料层合板进行了准静态压痕实验，依据压痕试验曲线，对压痕损伤进行了研究，为复合材料损伤容限设计提供依据。复合材料损伤及破坏过程非常复杂，本文对层合板压痕损伤中常见的基体开裂、分层和纤维断裂三种基本形式及力学机理进行了分析，引入相应的损伤准则与有限元模型。在压痕损伤的数值模拟中，根据压缩载荷／位移曲线的特点，采用位移边界条件，分段施加位移载荷。另外，分类考虑了不同的损伤形式，通过修正损伤层的材料常数来模拟单层板损伤所造成的局部刚度下降对压痕过程的影响。把损伤数值模拟结果与超声C扫描结果进行了比较，二者吻合较好。利用压痕损伤数值计算结果，对含有压痕损伤的复合材料层合板承受面内压缩载荷的破坏过程进行了数值模拟，对剩余强度进行了估算。与实验结果比较，数值模拟结果具有较好的精度，证明了本文的计算方法是可行的。并对含损伤层合板在面内压缩载荷下的破坏机理进行了阐述。为了研究含压痕损伤层合板在疲劳载荷下的损伤扩展，对含压痕损伤层合板进行了压—压疲劳试验。并在不同载荷数下，对层合板损伤进行了超声C扫描，观察了在疲劳载荷下的损伤扩展。最后，对疲劳试件的剩余强度进行了初步探讨。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 研究现状  10-14
  1.3 本文的主要工作  14-15
第二章计算方法与损伤准则  15-32
  2.1 层合壳有限元法  15-22
    2.1.1 应变矩阵  17-19
    2.1.2 弹性矩阵  19-20
    2.1.3 刚度矩阵  20-21
    2.1.4 等效节点力  21-22
  2.2 单向板损伤准则  22-28
    2.2.1 蔡-胡破坏准则  22-23
    2.2.2 基体开裂损伤机理与损伤准则  23-25
    2.2.3 分层损伤机理与损伤准则  25-27
    2.2.4 纤维断裂损伤机理与损伤准则  27-28
  2.3 含损伤层合板有限元模型  28-32
    2.3.1 基体开裂有限元模型  28-29
    2.3.2 分层损伤有限元模型  29-30
    2.3.3 纤维断裂有限元模型  30-32
第三章层合板准静态压痕损伤数值仿真  32-47
  3.1 准静态压痕实验  32-36
    3.1.1 实验方法  32-33
    3.1.2 试件  33-34
    3.1.3 实验结果  34
    3.1.4 损伤检测  34-36
  3.2 层合板压痕损伤数值分析  36-43
    3.2.1 MSC.NASTRAN简介  36
    3.2.2 计算方法  36-37
    3.2.3 数值分析模型  37
    3.2.4 层合板压痕损伤数值仿真  37-43
  3.3 层合板压痕损伤机理分析  43-46
  3.4 小结  46-47
第四章含压痕损伤层合板剩余强度数值计算  47-60
  4.1 含压痕损伤层合板面内压缩实验  47-48
  4.2 含压痕损伤层合板剩余强度数值分析  48-54
    4.2.1 计算模型  48-49
    4.2.2 等效载荷  49
    4.2.3 含压痕损伤层合板面内压缩过程的数值模拟  49-54
  4.3 含损伤层合板面内压缩破坏机理分析  54-59
  4.4 小结  59-60
第五章疲劳载荷对层合板压痕损伤的影响  60-66
  5.1 疲劳实验  60-61
  5.2 损伤检测  61-64
  5.3 疲劳实验后试件的剩余强度  64-65
  5.4 小结  65-66
第六章工作总结与展望  66-68
  6.1 工作总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
致谢  72-73
学位论文知识产权声明书  73
学位论文原创性声明  73

复合材料层合板准静态压痕损伤实验研究与数值分析

内容摘要

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