復(fù)合材料層合板損傷模型的建構(gòu)方法及其應(yīng)用.pdf

1、復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的材料性能，已在各種工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。為了充分利用復(fù)合材料的優(yōu)異性能，研究人員提出了大量的損傷模型來分析復(fù)合材料的力學(xué)行為。雖然眾多損傷模型可以解決很多工程問題，但也給研究人員的選擇和應(yīng)用帶來了很大的困難。為了梳理?yè)p傷模型的發(fā)展脈絡(luò)，理清當(dāng)前各種損傷模型之間存在的關(guān)系，指導(dǎo)工程人員構(gòu)建合適的損傷模型，對(duì)當(dāng)前存在的復(fù)合材料損傷模型的建構(gòu)方法進(jìn)行研究，已非常迫切。本文針對(duì)上述問題，開展的研究?jī)?nèi)容主要有：
　　

2、（1）針對(duì)復(fù)合材料層內(nèi)損傷模型的本構(gòu)關(guān)系、失效準(zhǔn)則、損傷變量、損傷剛度矩陣，和在層間建模的內(nèi)聚力模型的本構(gòu)關(guān)系、分層損傷發(fā)生準(zhǔn)則、分層損傷演化準(zhǔn)則，以及在層內(nèi)建模的分層損傷失效準(zhǔn)則八個(gè)部分，綜合相關(guān)文獻(xiàn)，本文從試驗(yàn)、理論和經(jīng)驗(yàn)三個(gè)角度系統(tǒng)總結(jié)了它們的有效建構(gòu)方法。其中以層內(nèi)損傷模型的失效準(zhǔn)則的建構(gòu)方法最多，且內(nèi)涵最豐富。同時(shí)，針對(duì)分層損傷問題，綜合相關(guān)文獻(xiàn)，系統(tǒng)總結(jié)了各種分層損傷模擬技術(shù)的建構(gòu)方法。系統(tǒng)提出損傷模型的建構(gòu)方法，不僅可以將

3、隱藏在相關(guān)文獻(xiàn)中的建構(gòu)思路清晰化，加深理解損傷模型建構(gòu)過程的實(shí)質(zhì)，還可以完善損傷模型的內(nèi)容，提出新的損傷模型，以及為損傷模型的進(jìn)一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。
　　(2)在理解所提建構(gòu)方法的基礎(chǔ)上，提出了新的層內(nèi)損傷模型的失效準(zhǔn)則、損傷變量、損傷剛度矩陣，和新的內(nèi)聚力模型的本構(gòu)關(guān)系、分層損傷發(fā)生準(zhǔn)則、分層損傷演化準(zhǔn)則。最后，討論了損傷模型的建構(gòu)過程，以及各種建構(gòu)方法之間的關(guān)系，并給出了一個(gè)關(guān)于分層損傷演化準(zhǔn)則的統(tǒng)一表達(dá)式。
　　(3)基

4、于第二章提出的綜合法，本文分別提出了一個(gè)帶有四個(gè)主參數(shù)的二維復(fù)合材料失效準(zhǔn)則和一個(gè)帶有五個(gè)主參數(shù)的三維失效準(zhǔn)則。二維失效準(zhǔn)則主要包含纖維拉伸失效、纖維壓縮失效、基體開裂失效、基體擠裂失效四種失效模式；三維失效準(zhǔn)則還包含一個(gè)分層準(zhǔn)則。同時(shí)，基于相關(guān)工作，對(duì)上述新失效準(zhǔn)則中的基體壓縮準(zhǔn)則進(jìn)行修正。在此基礎(chǔ)上，討論了新失效準(zhǔn)則的基本構(gòu)成部分、特殊形式和修正形式，并根據(jù)試驗(yàn)討論了新失效準(zhǔn)則中主參數(shù)的識(shí)別過程及其意義。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)前眾多失效準(zhǔn)則的

5、系數(shù)依然是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值集合，任何一種材料都需要通過試驗(yàn)確定失效準(zhǔn)則的系數(shù)。
　　(4)針對(duì)層合板的靜態(tài)損傷問題，基于Tsai-Wu準(zhǔn)則，本文構(gòu)建了一個(gè)新的CDM模型，并采用此模型模擬了兩種鋪層層合板的靜態(tài)拉伸過程。同時(shí)，針對(duì)層合板的低速?zèng)_擊問題，本文同樣構(gòu)建了一個(gè)CDM模型，并采用此模型討論了損傷變量和失效準(zhǔn)則的系數(shù)對(duì)數(shù)值結(jié)果的影響。研究表明：不同的損傷變量定義和不同的失效準(zhǔn)則的系數(shù)都會(huì)影響復(fù)合材料層合板在沖擊載荷作用下的損傷描述。

6、
　　(5)針對(duì)復(fù)合材料層合板在制備、運(yùn)輸和服役期間存在的多次加載問題，提出了一個(gè)場(chǎng)變量分析法?；趫?chǎng)變量分析法，首先模擬了DCB模型的損傷過程。數(shù)值結(jié)果表明層合板的應(yīng)力分布和載荷-位移曲線與試驗(yàn)結(jié)果一致，場(chǎng)變量分析法可靠。然后，基于場(chǎng)變量分析法，討論了沖擊損傷對(duì)層合板振動(dòng)模態(tài)和固有頻率的影響。數(shù)值結(jié)果表明沖擊損傷可以導(dǎo)致層合板固有頻率和高階模態(tài)的變化，并且固有頻率的下降主要是由基體損傷造成的。
　　本文針對(duì)復(fù)合材料層合板的