復(fù)合材料層合板分層損傷數(shù)值模擬.pdf

1、隨著復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，其破壞形式的研究日漸完善。從細(xì)觀損傷力學(xué)角度分析，復(fù)合材料層合板破壞分為面內(nèi)破壞和層間破壞，如面內(nèi)的纖維斷裂，層間的分層、子層屈曲等。統(tǒng)計(jì)資料表明，在各種損傷破壞中，分層失效約占60％。無論是單調(diào)靜態(tài)還是疲勞荷載加載，分層的產(chǎn)生和擴(kuò)展都會(huì)顯著地降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，甚至對(duì)結(jié)構(gòu)造成災(zāi)難性的毀壞，從而帶來嚴(yán)重的安全問題。分層是復(fù)合材料最為嚴(yán)重的一種破壞形式。所以研究復(fù)合材料層合板分層損傷演化過程具有重要意義。

2、>　　 復(fù)合材料層合板分層損傷的數(shù)值模擬，主要有兩種建模方法：一種是基于損傷力學(xué)的模型；另一種是基于斷裂力學(xué)的模型。損傷力學(xué)模型在層間引進(jìn)界面元。分層界面的行為由界面處的張開位移與張力的關(guān)系控制。應(yīng)力-相對(duì)位移曲線圍成的面積等于臨界能量釋放率。由于微觀裂紋和孔隙的擴(kuò)展，能量發(fā)生耗散。分層前緣處的網(wǎng)格精度要求比斷裂力學(xué)模型的低，也不需要重新劃分網(wǎng)格。損傷力學(xué)模型建模方便，無需預(yù)先定義裂紋。
　　 本文選用損傷力學(xué)模型建模，采用界

3、面元模擬分層界面，殼單元模擬層合板。為防止層合板的子層穿透，分層界面施加接觸約束條件。本文的主要研究目的是分析含初始分層損傷的層合板損傷在拉壓荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)。對(duì)于層合板受拉伸荷載作用的情況，本文考察了界面剛度、初始分層長(zhǎng)度、非中面對(duì)稱分層和分層界面鋪層對(duì)層合板力學(xué)響應(yīng)的影響。分析結(jié)果表明，界面剛度對(duì)分層擴(kuò)展的影響不大；初始分層長(zhǎng)度只在分層擴(kuò)展以前的加載階段對(duì)層合板的力學(xué)性能有影響，而對(duì)分層擴(kuò)展階段影響甚微；對(duì)于非中面分層，本文提出

4、了一個(gè)預(yù)測(cè)含非對(duì)稱分層損傷的層合板的破壞強(qiáng)度的理論公式，理論預(yù)測(cè)值與有限元的計(jì)算結(jié)果吻合得較好。對(duì)于層合板受壓縮荷載作用的情況，考察了初始分層面積大小、不同鋪層和非中面對(duì)稱分層等因素對(duì)板中分層損傷的擴(kuò)展和層合板力學(xué)性能的影響。對(duì)稱分層時(shí)，隨著分層面積增大，層合板由整體屈曲向局部屈曲過渡，而屈曲荷載和破壞荷載變化?。粔嚎s荷載方向的等效彈性模量對(duì)屈曲和破壞荷載影響大；隨著分層逐漸靠近層合板表面，屈曲模式逐漸由整體屈曲向混合屈曲過渡，屈曲荷載