復(fù)合材料層合板損傷演化的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析.pdf

1、針對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理的復(fù)雜性，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值相結(jié)合的方法研究了開孔復(fù)合材料層合板在拉伸加載下漸進(jìn)損傷失效過(guò)程;應(yīng)用聲發(fā)射(Acoustic Emiss ion，AE)和數(shù)字圖像相關(guān)方法(Digital Image Correlation，DIC)同步實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)損傷進(jìn)程，實(shí)時(shí)獲得復(fù)合材料內(nèi)部損傷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)特征和表面應(yīng)變場(chǎng)的變化，提取聲發(fā)射信號(hào)的峰值頻率用以識(shí)別復(fù)合材料的損傷模式，利用損傷形成的應(yīng)變場(chǎng)局部化特征，

2、選擇局部應(yīng)變場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差值以描述損傷程度;構(gòu)建基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)(Continuum Damage Mechanics，CDM)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型，并對(duì)開孔層合板進(jìn)行了漸進(jìn)損傷數(shù)值模擬。本文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　(1)為了深入分析碳纖維復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理，對(duì)七種不同鋪層的試樣在拉伸過(guò)程中獲得的AE信號(hào)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果獲得了復(fù)合材料的纖維基體界面剝離、分層、基體損傷、纖維

3、抽拔和纖維斷裂分別與AE信號(hào)五種峰值頻率分布范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　(2)針對(duì)單個(gè)AE信號(hào)中除了峰值頻率表征的損傷特征外還隱含著其它損傷類型的問(wèn)題，提出了增加去相關(guān)算法的總體平均經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Decorrelation Ensemble Empirical Mode Decomposition,DEEMD)方法，消除EMD(Empirical Mode Decomposition)方法中存在的模態(tài)混疊現(xiàn)象，有效分離AE信號(hào)中包含的幾

4、種損傷模式對(duì)應(yīng)的峰值頻率特征，在此基礎(chǔ)上，提出了基于DEEMD方法的復(fù)合材料層合板損傷模式的AE峰值頻率判斷方法及判斷流程，對(duì)聲發(fā)射技術(shù)在復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用有指導(dǎo)意義。
　　(3)提出了一種含孔復(fù)合材料層合板損傷演化的實(shí)驗(yàn)表征方法。在DIC全場(chǎng)測(cè)量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，選擇能夠表征局部損傷演化的應(yīng)變值作為關(guān)鍵參量，提出了基于應(yīng)變帶的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差值的損傷演化定量表征?；诼暟l(fā)射累積能量計(jì)數(shù)和多種損傷模式的累積事

5、件數(shù)可對(duì)復(fù)合材料的損傷進(jìn)行定性和定量的表征，建立了基于聲發(fā)射累積效應(yīng)的損傷變量，并給出了損傷演化方程。
　　(4)建立了基于CDM纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板漸進(jìn)損傷三維有限元模型。研究了三維應(yīng)力狀態(tài)下復(fù)合材料層合板的四種損傷模式:基體損傷、纖維斷裂、分層及纖維基體剪切損傷（纖維抽拔），四種損傷模式的損傷萌生由失效準(zhǔn)則控制，失效準(zhǔn)則采用了以應(yīng)變?yōu)閰⒘棵枋龅挠蒐inde失效準(zhǔn)則和Hashin失效準(zhǔn)則組成的混合失效準(zhǔn)則。損傷演化由損傷變量控