纖維增強復合材料結構損傷的數值模擬研究.pdf

1、纖維增強復合材料結構廣泛應用于兵器領域，最典型的是火炮身管結構?；鹋诎l(fā)射時，身管在高壓載荷作用下容易因自身缺陷而發(fā)生損傷破壞，進而造成難以估量的損失。文章以身管的簡化結構——金屬內襯外纏繞纖維增強復合材料厚壁圓筒為研究對象，基于國內外對纖維增強復合材料結構損傷研究成果，采用高效的數值計算方法，對其結構損傷問題進行基礎性研究，為纖維增強復合材料在火炮身管中的應用提供理論參考。
　　為了討論不同因素對纖維增強復合材料厚壁圓筒結構損傷和

2、開裂的影響，文章采用有限單元法和擴展有限元法，進行數值模擬研究。主要的研究內容與結論:
　　(1)通過編寫有限元軟件用戶子程序，分別研究纖維增強復合材料的鋪層順序和邊界條件對纖維增強復合材料厚壁圓筒結構產生損傷的初始載荷、損傷類型以及損傷擴展的影響。數值仿真結果表明:高壓載荷下，厚壁圓筒結構的復合材料層依次發(fā)生了基體損傷、纖維損傷以及面內剪切損傷;不同纖維分布角度的鋪層方式影響厚壁圓筒結構產生損傷的初始載荷和最終損傷形式。

3、　　(2)應用擴展有限單元法對纖維增強復合材料厚壁圓筒結構的裂紋擴展進行分析。計算含單邊裂紋的平板、含徑向裂紋的金屬材料厚壁圓筒結構的應力強度因子，驗證擴展有限元程序的合理性。討論了不同因素對纖維增強復合材料厚壁圓筒結構的裂紋擴展趨勢的影響。數值計算結果顯示:裂紋越長、壁厚越小、載荷越大，纖維增強復合材料厚壁圓筒結構越容易開裂;纖維增強復合材料厚壁圓筒結構相比金屬材料和只有復合材料的厚壁圓筒更抗裂;在壓力載荷作用下，裂紋的初始角度影響裂