層合板分層屈曲問題的二維理論模型與數(shù)值研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板由于其優(yōu)異的力學(xué)性能廣泛的應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，但是由于在制造過程中的不規(guī)范、以及使用和裝配過程中易受到外物沖擊等原因，復(fù)合材料層合板經(jīng)常會產(chǎn)生分層損傷現(xiàn)象。分層損傷會使層合結(jié)構(gòu)在低載荷的作用下發(fā)生屈曲現(xiàn)象，隨之會產(chǎn)生分層損傷擴(kuò)展，最終會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)與破壞。分層損傷極大地降低了層合結(jié)構(gòu)的承載能力與使用壽命，對于復(fù)合材料層合板而言是一個不容忽略的安全隱患。因此對層合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層損傷研究有著重要意義。
　　本文從

2、理論模型和數(shù)值模擬兩方面對含分層損傷復(fù)合材料進(jìn)行研究。建立了一種適用于彎曲載荷作用下含分層損傷復(fù)合材料的屈曲以及后屈曲問題的二維理論模型，然后利用有限元數(shù)值模擬研究了不同尺寸、不同形狀的分層損傷復(fù)合材料在彎曲載荷作用下的屈曲特性和分層擴(kuò)展行為。主要研究成果如下：
　　1.建立了一種用于分析含分層損傷復(fù)合材料層合板在彎曲載荷作用下的屈曲以及后屈曲的二維理論模型，通過此模型可以進(jìn)行含分層損傷層合板的臨界屈曲問題以及后屈曲過程中特定載荷

3、下的全場變形研究，模型考慮了復(fù)合材料的各向異性和層合屬性，同時也考慮了未分層部分所產(chǎn)生的能量對于整個模型的影響。本模型適用于任意形狀的分層損傷并在構(gòu)建過程中加入了非線性因素，可以通過此模型來解決后屈曲問題。
　　2.利用有限元模擬，獲得了分層損傷復(fù)合材料在彎曲載荷作用下的屈曲行為。對含圓形分層損傷復(fù)合材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其臨界屈曲載荷隨著分層半徑的增大而降低。屈曲剛剛發(fā)生時，分層子板呈現(xiàn)跳躍屈曲現(xiàn)象。層合板的最大承載力也隨著分層半徑

4、的增大而降低，并且其臨界屈曲載荷值約為最大承載力的25％。
　　3.研究了含分層損傷層合板屈曲以及分層擴(kuò)展行為的影響因素，通過研究表明：
　　(1).分層損傷大大地降低了層合板的承載能力，分層損傷尺寸越大，層合板的臨界屈曲載荷越小，材料越容易發(fā)生屈曲現(xiàn)象，而分層尺寸不會改變分層擴(kuò)展方向，分層擴(kuò)展方向仍向?qū)雍习鍖挾确较驍U(kuò)展。
　　(2).在相同面積的情況下，含圓形分層損傷層合板要比含矩形分層損傷層合板的屈曲臨界值和最大承

5、載力低11%，含矩形分層缺陷層合板更不易發(fā)生屈曲現(xiàn)象。
　　(3).低溫情況下含分層損傷層合板的臨界屈曲載荷值與常溫情況下相同，但是由于屈曲現(xiàn)象引起的位移突變量要小于常溫情況下的位移圖變量，材料性能在屈曲發(fā)生初始階段要好于常溫情況下，但是隨著載荷繼續(xù)增加，低溫下的層合結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的最大承載力要低于常溫情況。在分層擴(kuò)展方面，低溫下的分層擴(kuò)展面積要大于常溫情況下。
　　本研究提出了含分層損傷復(fù)合材料層合板的二維理論模型，豐富了在