【摘要】：復(fù)合材料的使用可以顯著提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)輕量化,在航天航空和汽車關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域復(fù)合材料的應(yīng)用非常廣泛。但是復(fù)合材料顯著的各向異性使得結(jié)構(gòu)對沖擊載荷即使是低速?zèng)_擊載荷的抵抗能力非常低,容易產(chǎn)生各種沖擊損傷,因此,研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在沖擊載荷下的損傷形式、演化過程及影響因素十分必要。分層損傷是層合板在低速?zèng)_擊下的最主要損傷形式,本文首先探討了界面層法在分層研究中的應(yīng)用,建立了含有界面層單元的復(fù)合材料DCB模型,驗(yàn)證了模型在拉力分層下的響應(yīng)并研究了鋪層夾角對拉力分層的影響。鋪層夾角對DCB模型拉力下分層的擴(kuò)展和峰值拉力影響顯著,峰值拉力隨夾角的增加而減小,當(dāng)鋪層夾角較小時(shí)變化較快,鋪層夾角較大時(shí)變化趨緩。利用有限元軟件Abaqus和用戶材料子程序VUMAT,建立了復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊下的整體三維有限元模型,模擬了層合板低速?zèng)_擊下的響應(yīng)和損傷。通過與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比,驗(yàn)證了模型和子程序的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明,復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊下的主要損傷有基體開裂和分層,基體開裂的出現(xiàn)早于分層,分層由基體開裂引起,二者相互作用;沖擊位置附近基體開裂單元分布受正應(yīng)力和切應(yīng)力共同作用,遠(yuǎn)離沖擊位置的基體開裂單元分布主要有正應(yīng)力決定;在鋪層角度發(fā)生改變的子層間均出現(xiàn)分層,其中遠(yuǎn)離沖擊位置一側(cè)分層更為嚴(yán)重,分層區(qū)域呈雙葉形,長軸沿下方子層纖維鋪設(shè)方向。最后研究了沖擊速度、沖頭質(zhì)量、復(fù)合材料參數(shù)及鋪層角度對層合板低速?zèng)_擊損傷的影響,對比分析了層合板變形、基體開裂和分層損傷的變化原因。層合板沖擊變形和損傷受沖擊速度影響顯著,與沖頭質(zhì)量關(guān)系不大;復(fù)合材料性能的提升能夠有效減小沖擊變形,降低沖擊損傷,其中剪切強(qiáng)度影響層合板受沖擊位置附近基體開裂單元的分布;鋪層角度的改變對層合板沖擊下的變形和基體開裂影響不大,但是顯著影響分層損傷,分層面積隨鋪層夾角的增大而增大,鋪層夾角越小時(shí),分層面積隨夾角變化越快,鋪角夾角越大時(shí),分層面積的變化趨緩。
【圖文】：

2 222 22 2222 12212 12 12114 4CdC CYeS S Y Y S 層損傷：22 22 33 23 311r 23 311leZ S S 中 11 、 22 、 33 分別為單元在纖維方向、橫向和厚度方向的應(yīng)力橫向的剪切應(yīng)力； 23 為橫向與厚度方向的剪切應(yīng)力； 13 為纖維向的剪切應(yīng)力； TX、 TY、 TZ分別為纖維方向、橫向與厚度方向12S 為纖維與橫向間的剪切強(qiáng)度；23S 為橫向與厚度方向間的剪切強(qiáng)方向與厚度方向的剪切強(qiáng)度；fS 纖維失效的剪切強(qiáng)度；m23S 為橫間的剪切強(qiáng)度；l23S 為橫向與厚度方向間的分層剪切強(qiáng)度。各失的應(yīng)力關(guān)系如圖 2.1。

復(fù)合材料漸進(jìn)失效理論與層合板損傷模型合板低速?zèng)_擊損傷預(yù)測模型合材料層合板結(jié)構(gòu)在低速?zèng)_擊下，主要的損傷形式為基體開裂，維失效。好的預(yù)測模型不僅要盡可能準(zhǔn)確的預(yù)測以上三種損傷，的區(qū)分結(jié)構(gòu)發(fā)生了何種損傷形式。圖 2.2 為早期的有限元預(yù)測模整體模型，采用實(shí)體單元建模，在材料模型中添加上述失效準(zhǔn)則減方案。這種模型的優(yōu)點(diǎn)在于建模和前處理比較方便，，缺點(diǎn)是對測不夠準(zhǔn)確。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：2587458