復合材料層合板分層損傷數(shù)值模擬.pdf

1、隨著復合材料的廣泛應用，其破壞形式的研究日漸完善。從細觀損傷力學角度分析，復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)計資料表明，在各種損傷破壞中，分層失效約占60％。無論是單調靜態(tài)還是疲勞荷載加載，分層的產(chǎn)生和擴展都會顯著地降低復合材料結構的強度，甚至對結構造成災難性的毀壞，從而帶來嚴重的安全問題。分層是復合材料最為嚴重的一種破壞形式。所以研究復合材料層合板分層損傷演化過程具有重要意義。

2、>　　 復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的模型；另一種是基于斷裂力學的模型。損傷力學模型在層間引進界面元。分層界面的行為由界面處的張開位移與張力的關系控制。應力-相對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模型的低，也不需要重新劃分網(wǎng)格。損傷力學模型建模方便，無需預先定義裂紋。
　　 本文選用損傷力學模型建模，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響應。對于層合板受拉伸荷載作用的情況，本文考察了界面剛度、初始分層長度、非中面對稱分層和分層界面鋪層對層合板力學響應的影響。分析結果表明，界面剛度對分層擴展的影響不大；初始分層長度只在分層擴展以前的加載階段對層合板的力學性能有影響，而對分層擴展階段影響甚微；對于非中面分層，本文提出

4、了一個預測含非對稱分層損傷的層合板的破壞強度的理論公式，理論預測值與有限元的計算結果吻合得較好。對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稱分層等因素對板中分層損傷的擴展和層合板力學性能的影響。對稱分層時，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小；壓縮荷載方向的等效彈性模量對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