復合材料拉伸-沖擊失效相關問題的細觀力學分析.pdf

1、在過去的數(shù)十年，復合材料已經(jīng)被廣泛應用于各種工程領域，如汽車、航空航天等等。在載荷作用下，復合材料的失效通常會受到多種損傷機制的共同影響，各種損傷機制主要依賴于復合材料的細觀結構及其屬性。復合材料損傷機理的研究，對于改善其結構設計和整體性能起到了關鍵作用。因此，建立復合材料失效問題的分析和預測模型具有非常重要的意義。本文針對拉伸及沖擊載荷作用下復合材料的多種失效問題，提出了相應的理論模型，并通過數(shù)值方法研究了復合材料的力學性能。

2、　　論文首先介紹了課題的研究背景及意義，回顧了復合材料拉伸及沖擊失效相關問題的研究現(xiàn)狀，并給出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　基于單纖維拔出模型，給出了纖維增強樹脂基復合材料界面脫粘長度和纖維拔出長度的理論預測，并研究了不同材料參數(shù)的影響。通過雙相區(qū)域模型，得到了纖維和基體的應力場和位移場，并推導出纖維拔出長度和界面脫粘長度的關系?？紤]界面脫粘過程，給出了纖維增強復合材料的界面脫粘準則，并得到了界面脫粘長度與所施加載荷之間的關系。

3、r>　　在單纖維拔出模型的基礎上，建立了混合纖維增強復合材料的剪滯模型?；陔p相區(qū)域模型，給出了纖維和基體的應力場和位移場?；诮缑婷撜尺^程中能量釋放率的關系，得到了混合纖維增強復合材料的界面脫粘準則，并給出了纖維拔出長度與界面脫粘長度的關系。通過多個參數(shù)研究分析了纖維混合效應對于混合纖維增強復合材料性能的影響。
　　采用有限單元方法分析了玻璃/碳纖維混合復合材料的高速沖擊損傷行為，并研究了纖維混合對復合材料沖擊損傷行為的影響。采

4、用Hashin損傷模型模擬復合材料層合板的損傷起始，層合板的損傷演化通過基于有效位移的雙線性損傷演化法則來描述。隨著玻璃織物鋪層厚度的增加，沖擊球的殘余速度近似地呈現(xiàn)線性下降的趨勢?；旌蠌秃喜牧蠈雍习宓目箾_擊性能隨著玻璃纖維織物鋪層比例的增加而增加。
　　基于復合材料層合板的細觀結構和多種失效模式，提出了一種細觀力學模型對復合材料層合板的沖擊損傷行為進行了研究。采用所提出的細觀力學模型，分析了復合材料層合板的沖擊損傷機理，并研究了

5、沖擊能量和層合形式對層合板沖擊損傷行為的影響。在沖擊損傷過程中，沖擊球的動能呈現(xiàn)非線性的下降趨勢。在沖擊加載的早期，沖擊球的動能呈現(xiàn)更為快速的下降趨勢，同時隨著沖擊點附近抵抗沖擊載荷的層合板厚度逐漸下降，動能的下降趨勢逐漸減小。由于纖維變形引起的沖擊點附近基體的損傷，使得層合板表面的損傷面積要遠大于沖擊球的面積。損傷區(qū)域的形狀為橢圓形或矩形，橢圓的主軸方向或矩形的長軸方向平行于層合板表面層的纖維方向。
　　采用內(nèi)聚力區(qū)域模型，建立

6、了周期性體心立方體顆粒分布的細觀力學模型，研究了顆粒增強復合材料的界面失效性能。通過所建立的模型，預測了顆粒增強金屬基復合材料的界面強度和界面失效機理。當顆粒增強復合材料受到拉伸載荷作用時，由于材料性能的差異，顆粒與基體將產(chǎn)生不同的變形，在兩者之間界面上也會出現(xiàn)應力集中。當應力集中的程度達到界面極限強度時，將會發(fā)生界面脫粘。隨著拉伸變形的增加，顆粒兩側形成的空洞尺寸也會逐漸增大。界面強度和斷裂能在決定顆粒增強復合材料界面脫粘性能方面起到