復合材料界面裂紋擴展機理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著過程裝備向大型化和高參數(shù)化方向發(fā)展，制造過程裝備的材料面臨技術挑戰(zhàn)，而多層復合材料成為解決這一工程技術問題首選材料。復合材料界面是多相多層復合材料各相連接的“紐帶”，也是力學及特殊功能特性傳遞的橋梁，其界面斷裂失效機制將直接影響復合材料的最終綜合性能，因而先進金屬復合材料過程裝備設計與安全評估技術的前提是要研究建立復合材料界面微區(qū)結構、性能和服役條件—界面微區(qū)內(nèi)應力和變形—界面斷裂失效關聯(lián)理論，為此本論文通過擴展有限元數(shù)值模擬方法，

2、對其進行了系統(tǒng)研究，明晰了具有初始界面裂紋缺陷復合壓力容器界面裂紋擴展規(guī)律，揭示了界面裂紋的擴展的形成機理，為具有初始界面裂紋缺陷的復合材料壓力容器延壽技術的研究奠定了理論基礎，研究取得如下創(chuàng)新成果。
　　 傳統(tǒng)單層材料壓力容器初始裂紋擴展的擴展有限元數(shù)值模擬與試驗研究的對比分析表明采用XFEM法模擬壓力容器裂紋的擴展過程，能準確捕捉裂紋的擴展形貌和擴展方向，模擬研究結果與實驗研究結果相吻合，實驗驗證了XFEM法能夠用于壓力容器

3、殼體在復雜應力狀態(tài)下的裂紋擴展過程的動態(tài)模擬研究。
　　 系統(tǒng)研究了材料性能、服役條件和初始裂紋形貌對具有初始界面裂紋缺陷復合壓力容器的裂紋擴展規(guī)律的影響，研究建立了復合材料界面微區(qū)結構、性能和服役條件—界面微區(qū)內(nèi)應力—界面斷裂失效關聯(lián)關系，揭示了裂紋擴展的形成機理，為復合壓力容器的設計和安全評估奠定了理論基礎。
　　 具有界面初始裂紋缺陷的復合壓力容器的界面裂紋顯橢圓形貌擴展，且向彈性模量小的材料方向偏離界面擴展，界面

4、裂紋擴展驅動來源于界面裂紋微區(qū)的內(nèi)應力。沿材料分層界面周向，分層界面裂紋前沿的裂紋微區(qū)的內(nèi)應力的分布顯雙峰型態(tài)分布，雙峰頂點表示分層界面裂紋前沿位置，且隨著溫度載荷的增加，雙峰頂點之間的距離和裂紋微區(qū)的最大內(nèi)應力增大，表明分層界面裂紋前沿沿著周向方向不斷擴展，且擴展速率增加。
　　 提出了通過在界面增設功能梯度過渡層提高具有界面初始裂紋缺陷的復合壓力容器構剩余壽命的技術方法，研究建立了功能梯度過渡層界面微區(qū)結構、性能和服役條件—