Ti-APC-2復(fù)合層板基本力學(xué)性能的有限元模擬研究.pdf

1、纖維金屬層板是一種新型的力學(xué)性能優(yōu)異的超混雜復(fù)合材料，本課題研究的Ti/APC-2超混雜復(fù)合層板是采用APC-2（PEEK/Cf）預(yù)浸料與鈦合金模壓成型的，具有比強(qiáng)度比模量高、疲勞性能好、損傷容限好、耐環(huán)境性好、抗雷擊性能好、阻尼性能好、成形加工性好等特點(diǎn)。
　　本文主要結(jié)合有限元方法及相關(guān)實(shí)驗(yàn)完成對(duì)Ti/APC-2復(fù)合層板的基本力學(xué)性能進(jìn)行研究，研究內(nèi)容主要包含：基于復(fù)合材料經(jīng)典層合理論，分別采用解析法、有限元法計(jì)算了2/1結(jié)構(gòu)

2、的碳纖維鈦合金超混雜復(fù)合層板（Ti/APC-2）0°方向殘余應(yīng)力，并利用應(yīng)力釋放法測定層板殘余應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。結(jié)合解析法和有限元法討論了加載預(yù)應(yīng)力、不同界面形貌對(duì)層板殘余應(yīng)力分布的影響，為后期設(shè)計(jì)研制出具有最佳性能的層板提供了有價(jià)值的理論參考。
　　其次，采用雙懸臂梁實(shí)驗(yàn)（DCB）與有限元方法相結(jié)合的方法評(píng)估了Ti-PEEK界面斷裂韌性。通過雙懸臂梁實(shí)驗(yàn)得到層板裂紋擴(kuò)展的能量釋放率及臨界載荷Pc，結(jié)合有限元分析得到裂

3、紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場，并使用復(fù)合應(yīng)力強(qiáng)度因子K的定義求出Ti/PEEK的界面裂紋K，并論證K的有效性。對(duì)比鈦合金表面未處理及表面噴砂處理的兩種情況下的能量釋放率及界面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子。初步探索了鈦合金表面處理對(duì)鈦合金/聚醚醚酮的影響。
　　最后，本文采用數(shù)值計(jì)算的方法，在有限元分析軟件LS-DYNA支持下，從宏觀上建立纖維復(fù)合材料模型，模擬Ti/APC-2復(fù)合層板受低速?zèng)_擊作用下的損傷失效過程，得到復(fù)合層板沖擊臨界能量。并分析落錘沖

4、擊過程中動(dòng)力響應(yīng)及復(fù)合層板變形及應(yīng)力情況，并將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果同實(shí)際中實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比。證明模擬的正確性。主要研究內(nèi)容：（1）系統(tǒng)的分析層板中的鈦合金層及復(fù)合材料層本構(gòu)關(guān)系及失效準(zhǔn)則。（2）對(duì)鈦合金TA2，APC-2復(fù)合材料分別落錘沖擊模擬，系統(tǒng)的分析沖擊失效過程。（3）對(duì)Ti/APC-2復(fù)合層板沖擊模擬，考慮Ti-PEEK之間的結(jié)合強(qiáng)度，分析復(fù)合層板的沖擊損傷情況，評(píng)估復(fù)合層板的抗沖擊性能。（4）與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比，證明模擬結(jié)果的正確性和