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复合材料层合板的逐渐失效分析

作　者: 张林
导　师: 吴林志
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 复合材料层合板开孔逐渐失效分析失效准则材料性能退化
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 230次
引　用: 2次
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内容摘要

由于纤维增强复合材料具有高比刚度、高比强度以及可设计性等优点,目前已广泛地应用于航空、航天、汽车等领域。复合材料常常发生脆性失效,即使在正常的工作状态下,复合材料结构也容易发生基体裂纹、纤维断裂、纤维基体剪切破坏、分层等局部失效。这些局部失效的扩展将导致结构的最终失效。因此,提出一种有效地模拟局部损伤的萌生、扩展并能准确地预测出结构最终失效载荷的方法具有重要的工程意义。本文采用逐渐失效分析方法模拟了完好以及含开孔的纤维增强复合材料层合板的失效过程。本文提出了逐渐失效分析模型,用三维实体单元来计算单层板内的应力,根据Shokrieh等人改进的Hashin失效准则来判定失效的模式,并提出相应的材料性能突然退化模型。该模型考虑了基体拉伸压缩失效、纤维拉伸压缩失效、基体纤维剪切破坏和拉伸压缩分层七种失效模式。当材料发生局部失效后,将相应的弹性常数乘以系数进行瞬间退化。另外,考虑了二次失效时材料性能的退化。本文基于有限元软件ANSYS来完成数值分析,用APDL语言开发了相应的程序。该模型能够有效地模拟从初始加载到最终失效过程中复合材料层合结构的力学响应以及损伤的萌生与扩展。通过将采用该模型预测出的最终失效载荷与文献中的试验结果对比,验证了模型的可行性。然后分析了M40J/Ag80复合材料层合板的失效过程,并讨论了铺层角度、铺层顺序及开孔直径对最终失效载荷的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
  1.3 本文的主要内容  13-14
第2章逐渐失效分析方法  14-30
  2.1 应力计算  14-22
    2.1.1 单层板的应力应变关系  14-19
    2.1.2 层合板的力学性能  19-22
  2.2 失效分析  22-26
    2.2.1 模式无关失效准则  22-24
    2.2.2 模式相关失效准则  24-26
  2.3 材料性能退化模型  26-28
    2.3.1 突然退化模型  26-28
    2.3.2 逐渐退化模型  28
  2.4 重新建立平衡  28-29
  2.5 最终失效判定  29
  2.6 本章小结  29-30
第3章面内拉压载荷作用下层合板的失效分析  30-51
  3.1 引言  30
  3.2 ANSYS中相关单元的介绍  30-31
    3.2.1 层合单元  30-31
    3.2.2 Solid45 单元  31
  3.3 层合板在面内拉伸载荷下的失效分析  31-43
    3.3.1 逐渐失效分析模型  31-32
    3.3.2 模型验证算例  32-33
    3.3.3 M40J/Ag80 层合板的拉伸失效分析  33-43
  3.4 M40J/Ag80 层合板在面内压缩载荷下的失效分析  43-50
    3.4.1 问题描述  43-44
    3.4.2 结果分析  44-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章含开孔层合板失效分析  51-69
  4.1 面内拉伸载荷下含开孔复合材料层合板的失效分析  51-61
    4.1.1 逐渐失效分析模型  51
    4.1.2 验证算例  51-53
    4.1.3 含开孔M40J/Ag80 层合板拉伸失效分析  53-61
  4.2 面内压缩载荷下含开孔复合材料层合板的失效分析  61-67
    4.2.1 验证算例  61-63
    4.2.2 含中央开孔M40J/Ag80 层合板压缩失效分析  63-67
  4.3 本章小结  67-69
结论  69-71
参考文献  71-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-77
致谢  77

复合材料层合板的逐渐失效分析

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