沖擊載荷作用下復(fù)合材料層板層間短纖維增韌研究.pdf

1、近年來(lái)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在許多重要結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用，比強(qiáng)度高、比剛度大和材料性能可設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成為最具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料之一。層合復(fù)合材料的層間性能低，嚴(yán)重的制約了該種材料的發(fā)展。分層是層合復(fù)合材料破壞的主要形式，如何提高層合復(fù)合材料的層間韌性和抗分層能力已經(jīng)成為各國(guó)學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，研究層合復(fù)合材料的層間增韌方式、增韌性機(jī)理及抗分層能力，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。雖然對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究，但是至今仍

2、然沒(méi)有十分滿意的解決方法。實(shí)驗(yàn)表明層間加入適量的韌性短纖維，具有明顯的層間增韌效果，但其增韌機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。本文通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬研究了沖擊載荷作用下短纖維的層間增韌機(jī)理，得到一些有意義的結(jié)果。 本文以復(fù)合材料力學(xué)及斷裂力學(xué)為基本理論，對(duì)ANSYS軟件進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，編制了具有分析纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層間性能的軟件。 使用增廣拉格朗日方法計(jì)算接觸問(wèn)題，在裂紋處增加了接觸單元，用來(lái)模擬材料的不可穿透性。使用Newma

3、rk方法求解動(dòng)力學(xué)平衡方程，在每個(gè)子步中對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。 使用離散裂紋模型對(duì)裂紋進(jìn)行建模，在裂紋處使用節(jié)點(diǎn)雙編號(hào)的方法，采用節(jié)點(diǎn)分離法模擬裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。在計(jì)算過(guò)程中首先計(jì)算能量釋放率，當(dāng)能量釋放率達(dá)極限值時(shí)，解除該節(jié)點(diǎn)的約束，并引入短纖維橋聯(lián)力。采用一種雙向彈簧單元模擬層間短纖維，通過(guò)改變彈簧剛度修正短纖維橋聯(lián)力，避免了復(fù)雜的迭代計(jì)算過(guò)程。 采用斷裂力學(xué)的方法，研究了不同鋪層形式下的能量釋放率及應(yīng)力分布，并與不存在