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复合材料层合壳脱层损伤研究

作　者: 张焕铜
导　师: 卿光辉
学　校: 中国民航大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 层合开口壳 Hamilton正则方程脱层损伤半解析法能量释放率
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

复合材料以其高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀以及良好的可设计性等,在航空航天、建筑医疗、汽车制造以及土木工程等工程领域得到了广泛的应用。然而,在加工制造和服役等过程中,脱层损伤是不可避免的现象。脱层损伤直接影响结构的强度和刚度等力学性能。因此,研究含脱层损伤复合材料结构的力学特性具有十分重要的理论意义和应用价值。本文应用Hamilton正则方程理论及半解析法,结合“分离合并”技术,对含矩形脱层的复合材料层合开口壳进行了数值研究:首先,根据Hellingev-Reissner变分原理方法,推导柱坐标系下弹性材料的Hamilton正则方程。其次,根据Hellingev-Reissner变分原理,推导了固支、简支和对称边界的Hamiltonian元列式;在半解析法基础上建立复合材料层合开口壳在各种边界条件下的三维模型,并与有关文献的结果进行比较,说明本文的数值处理方法是正确且有效的。最后,在Hamilton正则方程半解析法的基础上,利用“分离合并”技术建立了含一矩形脱层的复合材料层合开口壳的半解析法模型,并进行了实例计算。同时在半解析法模型的基础上,采用断裂力学的能量释放率断裂准则,得到了计算脱层前缘能量释放率的方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 复合材料的发展及应用  9
  1.2 问题的提出  9-10
  1.3 层合结构脱层分析研究概况  10-11
  1.4 本文的研究思路及结构安排  11-13
第二章 Hamilton 正则方程基本理论  13-24
  2.1 弹性力学的基本方程  13-16
  2.2 从弹性力学基本方程推导 Hamilton 正则方程  16-19
  2.3 从 H-R 变分原理推导 Hamilton 正则方程  19-24
第三章有限元离散及边界条件处理  24-52
  3.1 有限元方法概述  24-25
    3.1.1 有限元法发展及其应用  24-25
    3.1.2 有限元法求解基本步骤  25
  3.2 分离变量及有限元离散  25-35
    3.2.1 Hamilton 正则方程的有限元列式  25-32
    3.2.2 边界项的有限元列式  32-35
  3.3 边界条件处理  35-52
    3.3.1 自由边界  35
    3.3.2 简支边界  35-41
    3.3.3 固支边界  41-47
    3.3.4 对称边界  47-52
第四章 Hamilton 正则方程的半解析法  52-62
  4.1 指数矩阵计算方法  52-55
    4.1.1 指数矩阵的一般计算方法  52-53
    4.1.2 精细积分法  53-55
  4.2 边界节点的处理  55-56
  4.3 状态转移矩阵法  56-57
  4.4 算法验证  57-61
    4.4.1 算例一  57-59
    4.4.2 算例二  59-61
  4.5 小结  61-62
第五章含矩形脱层层合壳模型和能量释放率的数值方法  62-75
  5.1 含矩形脱层层合壳模型的理论分析  62-68
    5.1.1 建立脱层损伤分析模型  62-65
    5.1.2 含矩形脱层层合壳的数值实例分析  65-68
  5.2 能量释放率的数值方法  68-74
    5.2.1 能量释放率与G 准则  68-70
    5.2.2 应变能释放率的计算  70-72
    5.2.3 数值计算与讨论  72-74
  5.3 小结  74-75
第六章结论与展望  75-76
  6.1 论文主要成果  75
  6.2 今后工作的展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-79

复合材料层合壳脱层损伤研究

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