基于ABAQUS界面裂紋擴(kuò)展的模擬冰型分析.pdf

1、適航取證是所有民用飛機(jī)走向市場投入使用的必經(jīng)階段，其中模擬冰型試飛是必須進(jìn)行的Ⅰ類風(fēng)險(xiǎn)試飛課目，國內(nèi)尚未對(duì)試飛用模擬冰型展開研究。本文主要研究一種新型夾層結(jié)構(gòu)模擬冰型，該冰型含有多個(gè)雙材料界面，界面的斷裂性能對(duì)于整體強(qiáng)度評(píng)估有著重要影響。通過理論分析，有限元模擬和實(shí)驗(yàn)研究，證明了所設(shè)計(jì)的模擬冰型滿足強(qiáng)度要求，能夠用于模擬冰型試飛。
　　界面裂紋不同于一般各向同性材料中的裂紋，其應(yīng)力奇異性和裂尖應(yīng)力場都有著獨(dú)特的特點(diǎn)。為研究界面裂紋

2、強(qiáng)度及擴(kuò)展方式，本文基于彈性斷裂力學(xué)理論，對(duì)界面裂紋裂尖應(yīng)力場和應(yīng)力奇異性進(jìn)行了討論，討論了裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子定義以及其數(shù)值解法。利用最大切向拉應(yīng)力給出界面裂紋破壞準(zhǔn)則，并著重研究了隨混合度變化的界面斷裂韌性，給出了近似函數(shù)。對(duì)于界面裂紋擴(kuò)展的路徑給出了判斷依據(jù)。
　　本文利用PYTHON腳本語言對(duì)ABAQUS進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了界面裂紋的擴(kuò)展，由于采用參數(shù)化建模，對(duì)于不同的雙材料和不同載荷下的擴(kuò)展都能進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文給出了一個(gè)邊緣界

3、面裂紋板的算例，主要模擬了在不同載荷下，界面裂紋擴(kuò)展的主要兩種路徑：一是沿界面擴(kuò)展，二是轉(zhuǎn)折擴(kuò)展進(jìn)基體材料。并討論了應(yīng)力強(qiáng)度因子和混合度隨裂紋擴(kuò)展的變化。同時(shí)，在弦向載荷和合力載荷兩種工況下，對(duì)模擬冰型結(jié)構(gòu)的界面通過預(yù)置裂紋進(jìn)行了裂紋擴(kuò)展模擬，初始裂紋位置及載荷大小基于界面強(qiáng)度理論得出。通過增加位移載荷，得到力的變化曲線，從而得到最大力即強(qiáng)度。
　　除了有限元分析，本文采用實(shí)驗(yàn)的方法研究了模擬冰型的膠接強(qiáng)度，對(duì)模擬冰型在弦向載荷和

4、合力方向載荷下的膠接強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，得到了兩個(gè)載荷方向上模擬冰型的破壞載荷。對(duì)比有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)誤差不大，說明理論分析方法的準(zhǔn)確性。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與載荷等效結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示模擬冰型的膠接強(qiáng)度和本體強(qiáng)度能夠滿足試飛要求。
　　通過本文研究，成功實(shí)現(xiàn)了界面裂紋的自動(dòng)擴(kuò)展，擴(kuò)展方式不僅僅限于沿界面擴(kuò)展，轉(zhuǎn)折破壞擴(kuò)展也能進(jìn)行模擬。利用界面裂紋自動(dòng)擴(kuò)展程序?qū)δM冰型分析，證明了所設(shè)計(jì)的模擬冰型能夠滿足試飛要求，在試飛過程中