復(fù)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(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)損傷機理的復(fù)雜性，采用實驗和數(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損傷失效過程;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)同步實時監(jiān)測損傷進程，實時獲得復(fù)合材料內(nèi)部損傷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號特征和表面應(yīng)變場的變化，提取聲發(fā)射信號的峰值頻率用以識別復(fù)合材料的損傷模式，利用損傷形成的應(yīng)變場局部化特征，

2、選擇局部應(yīng)變場的統(tǒng)計標準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)的纖維增強復(fù)合材料層合板漸進損傷本構(gòu)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(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(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信號五種峰值頻率分布范圍的對應(yīng)關(guān)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(guān)算法的總體平均經(jīng)驗?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信號中包含的幾

4、種損傷模式對應(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)測的實際應(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(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(fù)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(yīng)的損傷變量，并給出了損傷演化方程。
　　(4)建立了基于CDM纖維增強復(fù)合材料層合板漸進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則控制，失效準則采用了以應(yīng)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