三參數(shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則及復(fù)合材料層壓板失效研究.pdf

1、隨著破壞模擬分析技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，通過仿真虛擬進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)成為可行途徑。積木式虛擬試驗(yàn)的途徑為自下而上，在設(shè)計(jì)的每個(gè)階段通過分級多尺度漸進(jìn)失效分析來驗(yàn)證基本材料組分、元件、以及各類組合件、子結(jié)構(gòu)以及最終全尺寸件力學(xué)性能。虛擬試驗(yàn)可以大大降低飛機(jī)研制成本，縮短研制周期。同時(shí)，還可以通過仿真，給出不容易測量監(jiān)控的結(jié)構(gòu)部位的數(shù)值結(jié)果，可以自由地模擬各種載荷工況條件。
　　針對在航空結(jié)構(gòu)中大量使用的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)中的

2、泡沫夾芯材料，本文通過試驗(yàn)研究了材料在拉伸、壓縮、剪切單軸以及多軸等不同載荷情況下的力學(xué)行為及失效模式，構(gòu)造了基于拉伸、壓縮、剪切強(qiáng)度三個(gè)參數(shù)獨(dú)立影響的三參數(shù)廣義強(qiáng)度準(zhǔn)則。通過對剛性閉孔泡沫在復(fù)雜受力條件下的強(qiáng)度包線及破壞條件的試驗(yàn)，對該強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行了標(biāo)定及驗(yàn)證。
　　對熱固性樹脂材料和熱塑性樹脂材料進(jìn)行了拉伸、壓縮、剪切單軸方向的力學(xué)試驗(yàn)，研究了熱塑性材料的加卸載過程中的塑性行為?；谌齾?shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則，通過引入近似屈服面函數(shù)的非相

3、關(guān)塑性流動(dòng)模型，建立了基于三參數(shù)屈服準(zhǔn)則的彈塑性本構(gòu)模型，該模型僅需要通過三個(gè)單軸方向強(qiáng)度值確定塑性流動(dòng)方向，而不需要傳統(tǒng)的塑性泊松比，因此在工程中使用更加方便。通過基于隱式積分的應(yīng)力返回技術(shù)，給出了該本構(gòu)模型的隱式計(jì)算過程。
　　通過將該塑性模型應(yīng)用于熱塑性AS4/PEEK材料，對熱塑性厚板復(fù)合材料進(jìn)行了材料性能預(yù)測和雙軸加載情況下的失效包線分析，建立了一套從細(xì)觀模型到層壓板模型的多尺度非線性復(fù)合材料強(qiáng)度預(yù)測流程，實(shí)現(xiàn)了單向纖維

4、增強(qiáng)的復(fù)合材料層壓板的虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　針對平紋編織復(fù)合材料，建立了從纖維/基體組份材料到單層板，從單層板到層壓板級的多尺度虛擬試驗(yàn)流程。對單向鋪層的平紋編織復(fù)合材料板和準(zhǔn)各向同性鋪層平紋編織復(fù)合材料板進(jìn)行了拉伸、壓縮和剪切性能試驗(yàn)，觀察了失效機(jī)理并得到了全過程的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。在平紋織物細(xì)觀代表體元模型的建立中，提出了采用多點(diǎn)約束處理位移協(xié)調(diào)關(guān)系的域分解建模方法，避免了在纖維束交接的富樹脂區(qū)建模的困難，從而解決了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分

5、的問題，大大簡化了復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)建模的復(fù)雜性。通過數(shù)值模擬與試驗(yàn)進(jìn)行了比較分析，驗(yàn)證了基于域分解技術(shù)建立的細(xì)觀模型的多尺度漸進(jìn)失效預(yù)測結(jié)果，并證明該方法可以在大大減小模型規(guī)模的情況下有效地預(yù)測平紋編織復(fù)合材料的剛度和強(qiáng)度。
　　進(jìn)行了三組不同鋪層復(fù)合材料層壓板開孔拉伸試驗(yàn)，通過傳統(tǒng)的應(yīng)變片測量及數(shù)字光學(xué)應(yīng)變測量技術(shù)測量了孔邊區(qū)域在失效過程的應(yīng)力及應(yīng)變分布情況，觀測了含孔復(fù)合材料層壓板的力學(xué)響應(yīng)及失效過程，分析了開孔層壓板的失效機(jī)