含分層損傷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)逐漸損傷分析研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能具有可設(shè)計(jì)性，并且與金屬材料相比具有比強(qiáng)度高和比剛度高的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種航空航天結(jié)構(gòu)上。對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷及其損傷規(guī)律進(jìn)行研究，具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用意義。本論文以含分層損傷的復(fù)合材料層合板試件和含分層損傷的真實(shí)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料機(jī)匣結(jié)構(gòu)件為研究對象，研究其損傷規(guī)律及剩余強(qiáng)度。通過本論文的研究可以為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)，為復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要的技術(shù)支持。 本論文

2、首先簡要介紹了復(fù)合材料層合板損傷模式與破壞強(qiáng)度預(yù)測研究現(xiàn)狀；綜述了一些研究者針對含分層損傷復(fù)合材料層合板的損傷模式與剩余強(qiáng)度所開展的試驗(yàn)研究與理論研究；重點(diǎn)介紹了國內(nèi)外針對復(fù)合材料層合板分層損傷擴(kuò)展所采用的模擬方法及取得的成果。并且以ANSYS軟件為有限元計(jì)算平臺開展了以下幾方面的研究： (1) 針對含分層損傷復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)，發(fā)展了三維有限元逐漸累積損傷模型與分析方法。應(yīng)力分析采用了非線性有限元技術(shù)，考慮了子板屈曲以及子板之

3、間的接觸對層合結(jié)構(gòu)的損傷規(guī)律和最終破壞載荷的影響。本文的模型和方法能夠模擬含分層損傷層合結(jié)構(gòu)損傷起始、擴(kuò)展直至最終破壞的整個(gè)過程，并且能夠準(zhǔn)確的模擬層合結(jié)構(gòu)的破壞模式和預(yù)測層合結(jié)構(gòu)的破壞強(qiáng)度。采用本文的模型和方法對有關(guān)文獻(xiàn)中所提供的5種含圓形分層損傷的層合板進(jìn)行了三維逐漸損傷分析及剩余強(qiáng)度預(yù)測，計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。 (2) 研究了位于初始分層邊緣處的分層擴(kuò)展趨勢，同時(shí)研究了含不同分層損傷層合板分層擴(kuò)展的主要因素，并

4、提出了分層損傷因子的概念。 (3) 研究分層的大小以及分層在層合板中的位置對層合板的屈曲載荷和剩余強(qiáng)度的影響。并同時(shí)研究各種不同形式的分層損傷對層合板的破壞模式及損傷擴(kuò)展規(guī)律的影響（包括初始分層隨載荷的擴(kuò)展規(guī)律）。 (4) 對含分層損傷的某復(fù)合材料機(jī)匣構(gòu)件進(jìn)行逐漸累積損傷分析?？紤]了初始分層損傷處于四種不同位置時(shí)對某復(fù)合材料機(jī)匣的損傷擴(kuò)展規(guī)律、損傷模式以及最終破壞載荷的影響。通過逐漸累積損傷分析表明含初始分層直徑小于