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复合材料厚板双轴非线性渐进失效分析

作　者: 伍春波
导　师: 汪海；陈秀华
学　校: 上海交通大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 非线性本构厚板理论刚度折减渐进失效双轴
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 19次
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内容摘要

纤维增强复合材料因为其优异的性能,在航空航天领域得到广泛的运用,应用部位也由次承力结构过渡到主承力结构上,因而复合材料层压板构件的厚度由薄板发展到中厚板和厚板领域,对于厚板结构而言经典层压板理论已不适用,并且厚板的运用过程中还存在材料非线性问题,如何有效解决这一问题已经成为厚板应用的关键。本文首先回顾了国内外学者在复合材料使用过程中的和核心问题-强度问题需要经历的四个阶段,本构模型,应力计算,失效准则和刚度折减方面的研究和取得的成果,分析了一些常用的方法的特点与不足之处,最终确定采用了一种非线性单向带本构关系与层压板厚板理论,采用增量步迭代法对复合材料厚层压板进行双轴渐进失效分析的方法。以三维Hashin失效准则为单层板失效判据,当层压板中有一层或多层被检测到失效时,对失效层进行刚度折减,并在增量过程中不断更新刚度矩阵。采用有限元软件MSC.Patran自带的编程语言PCL,编写了计算程序。应用该程序分别对不同材料和不同铺层的层压板算例进行非线性刚度计算,给出了不同的铺层和材料组合下层压板在不同载荷比下的应力应变曲线,展示了层压板的渐进失效过程中应力应变的变化关系,同时分别对不同材料的单向带及不同铺层的层压板算例进行非线性渐进失效分析,给出了不同的铺层和材料组合下层压板的初始失效与最终失效强度包线,展示了层压板的渐进失效过程,对进一步认识复合材料层压板失效过程与失效机理有着重要的意义,也为复合材料厚板失效分析过程中的刚度变化提供理论与计算依据。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 本文研究主要内容  16-18
第二章复合材料层压板应力计算与失效分析  18-48
  2.1 复合材料层压板应力计算  18-30
    2.1.1 复合材料单向带线弹性本构理论  18-20
    2.1.2 正交各向异性材料的弹性常数  20-21
    2.1.3 弹性系数的坐标转换  21-24
    2.1.4 经典层压板理论  24-28
    2.1.5 三维层压介质理论  28-30
  2.2 复合材料强度理论  30-36
    2.2.1 结构类型的破坏准则  31-32
    2.2.2 二次多项式类型的破坏准则  32-33
    2.2.3 区分不同失效模式准则  33-36
  2.3 复合材料层压板刚度折减方法  36-39
    2.3.1 Chang 模型  37-38
    2.3.2 Tan 模型  38
    2.3.3 Camanho 模型  38-39
  2.4 非线性本构与渐进失效分析方法  39-46
    2.4.1 复合材料单向带应力应变实验曲线  39-42
    2.4.2 Ramberg-Osgood 单向带本构模型  42-43
    2.4.3 线性增量方法  43-44
    2.4.4 渐进失效计算程序实现与流程  44-46
  2.5 本章小结  46-48
第三章复合材料厚板双轴非线性渐进失效分析  48-67
  3.1 计算模型与参数说明  48-49
  3.2 材料弹性性能与强度许用值  49-50
  3.3 算例计算结果与讨论  50-66
    3.3.1 单向带双轴失效包线  50-54
    3.3.2 层压板刚度特性曲线  54-58
    3.3.3 层压板双轴失效包线  58-66
  3.4 本章小结  66-67
第四章复合材料渐进失效分析与结构修理评估软件开发  67-81
  4.1 基于MSC.PATRAN 的二次开发  67-68
  4.2 复合材料渐进失效分析模块  68-73
    4.2.1 用户图形化界面  68-71
    4.2.2 复合材料渐进失效强度包线计算步骤  71-73
  4.3 民机修理平台结构修理评估模块开发  73-79
    4.3.1 结构修理评估模块功能  73-76
    4.3.2 算例验证及操作流程  76-79
  4.4 本章小结  79-81
第五章总结与展望  81-83
  5.1 主要结论  81-82
  5.2 研究展望  82-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  89
攻读硕士学位期间获得的软件著作权  89

复合材料厚板双轴非线性渐进失效分析

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