復合材料層合板損傷演化的實驗和數(shù)值分析.pdf

1、針對碳纖維增強樹脂基復合材料層合結構損傷機理的復雜性，采用實驗和數(shù)值相結合的方法研究了開孔復合材料層合板在拉伸加載下漸進損傷失效過程;應用聲發(fā)射(Acoustic Emiss ion，AE)和數(shù)字圖像相關方法(Digital Image Correlation，DIC)同步實時監(jiān)測損傷進程，實時獲得復合材料內部損傷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號特征和表面應變場的變化，提取聲發(fā)射信號的峰值頻率用以識別復合材料的損傷模式，利用損傷形成的應變場局部化特征，

2、選擇局部應變場的統(tǒng)計標準差值以描述損傷程度;構建基于連續(xù)介質損傷力學(Continuum Damage Mechanics，CDM)的纖維增強復合材料層合板漸進損傷本構模型，并對開孔層合板進行了漸進損傷數(shù)值模擬。本文主要包括以下幾個方面的內容:
　　(1)為了深入分析碳纖維復合材料層合板結構的損傷機理，對七種不同鋪層的試樣在拉伸過程中獲得的AE信號參數(shù)進行了統(tǒng)計分析，由統(tǒng)計結果獲得了復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信號五種峰值頻率分布范圍的對應關系。
　　(2)針對單個AE信號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題，提出了增加去相關算法的總體平均經(jīng)驗模態(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信號中包含的幾

4、種損傷模式對應的峰值頻率特征，在此基礎上，提出了基于DEEMD方法的復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，對聲發(fā)射技術在復合材料層合板結構損傷監(jiān)測的實際應用有指導意義。
　　(3)提出了一種含孔復合材料層合板損傷演化的實驗表征方法。在DIC全場測量與實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎上，選擇能夠表征局部損傷演化的應變值作為關鍵參量，提出了基于應變帶的統(tǒng)計標準差值的損傷演化定量表征?；诼暟l(fā)射累積能量計數(shù)和多種損傷模式的累積事

5、件數(shù)可對復合材料的損傷進行定性和定量的表征，建立了基于聲發(fā)射累積效應的損傷變量，并給出了損傷演化方程。
　　(4)建立了基于CDM纖維增強復合材料層合板漸進損傷三維有限元模型。研究了三維應力狀態(tài)下復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則控制，失效準則采用了以應變?yōu)閰⒘棵枋龅挠蒐inde失效準則和Hashin失效準則組成的混合失效準則。損傷演化由損傷變量控