碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)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。在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的漸進(jìn)失效分析過程中會產(chǎn)生多種損傷模式,如纖維斷裂、基體開裂、層間分層等,這些損傷模式之間相互影響,互為誘因,給復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的承載性能分析帶來極大困難。因此本學(xué)位論文基于連續(xù)介質(zhì)損傷唯象分析理論,深入了解復(fù)合材料損傷機(jī)理,建立適用于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板的損傷力學(xué)模型。本學(xué)位論文首先針對復(fù)合材料損傷本構(gòu)模型的構(gòu)建方法進(jìn)行系統(tǒng)地總結(jié)。在綜合相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)理論,結(jié)合非線性本構(gòu)關(guān)系和試驗研究結(jié)果,系統(tǒng)地建立了描述碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)漸進(jìn)失效分析的三維損傷力學(xué)模型。層內(nèi)損傷損傷力學(xué)模型以Hashin準(zhǔn)則作為纖維發(fā)生損傷起始時刻的判斷準(zhǔn)則,以Puck準(zhǔn)則作為基體發(fā)生損傷起始時刻的判斷準(zhǔn)則;損傷模式分為纖維拉伸損傷,纖維壓縮損傷,基體拉伸損傷,基體壓縮損傷;使用基于斷裂能韌性的材料性能衰減模型計算損傷發(fā)生后的材料的性能;在基體發(fā)生損傷時,分別對橫向的損傷變量和剪切的損傷變量進(jìn)行重新定義,同時考慮了兩者之間的耦合效應(yīng),并采用了彈塑性的非線性本構(gòu)關(guān)系。通過對大型商業(yè)有限元程序的二次開發(fā)實現(xiàn)本學(xué)位論文提出的新的層內(nèi)損傷力學(xué)模型。該模型層間損傷力學(xué)模型采用內(nèi)聚力模型,并結(jié)合二次名義應(yīng)力準(zhǔn)則預(yù)測分層的起裂,通過B-K模型預(yù)測分層造成的材料性能退化。該模型對單向板偏軸壓縮和中心開孔層合板進(jìn)行數(shù)值分析,算例的預(yù)報結(jié)果與文獻(xiàn)報道試驗結(jié)果吻合良好,驗證了其合理性和有效性。最后采用該碳纖維增強(qiáng)數(shù)值及復(fù)合材料的損傷力學(xué)模型,結(jié)合試驗表征,建立了T700碳纖維復(fù)合材料的損傷力學(xué)模型,其數(shù)值結(jié)果與層合板拉伸試驗結(jié)果相符。本學(xué)位論文建立的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料損傷力學(xué)模型,可以有效地應(yīng)用于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的承載性能分析中,對于工程人員進(jìn)行復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析具有重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB332
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層內(nèi)失效分析
        1.2.2 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層間分層模擬
        1.2.3 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料損傷力學(xué)模型實驗研究
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
2 碳纖維增強(qiáng)樹脂基損傷力學(xué)模型的理論基礎(chǔ)
    2.1 CFRP層內(nèi)損傷力學(xué)模型
        2.1.1 應(yīng)力計算
        2.1.2 失效準(zhǔn)則
        2.1.3 材料性能退化模型
    2.2 CFRP層間分層損傷分析
        2.2.1 內(nèi)聚力模型
        2.2.2 虛裂紋閉合技術(shù)
    2.3 本章小結(jié)
3 CFRP損傷力學(xué)模型的數(shù)值分析模型
    3.1 Abaqus有限元軟件及其子程序VUMAT
    3.2 新的CFRP層內(nèi)的損傷力學(xué)模型
        3.2.1 CFRP層內(nèi)損傷的失效準(zhǔn)則
        3.2.2 新的CFRP層內(nèi)損傷的材料性能衰減模型
        3.2.3 損傷本構(gòu)方程
        3.2.4 非線性本構(gòu)關(guān)系
        3.2.5 單元特征長度的計算
    3.3 CFRP層間的內(nèi)聚力模型
    3.4 CFRP損傷力學(xué)模型的漸進(jìn)失效分析流程
    3.5 算例驗證
        3.5.1 單向板偏軸壓縮
        3.5.2 中心開孔層合板拉伸
    3.6 本章小結(jié)
4 T700碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料損傷力學(xué)模型及實驗
    4.1 T700碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能實驗
        4.1.1 實驗標(biāo)準(zhǔn)
        4.1.2 實驗儀器介紹
    4.2 實驗現(xiàn)象
        4.2.1 0°單向板拉伸實驗
        4.2.2 0°單向板壓縮實驗
        4.2.3 90°單向板拉伸實驗
        4.2.4 90°單向板壓縮實驗
        4.2.5 V形槽開口剪切實驗
        4.2.6 層合板拉伸實驗
    4.3 實驗結(jié)果分析
        4.3.1 力學(xué)性能參數(shù)結(jié)果
        4.3.2 DIC方法和電測方法結(jié)果對比分析
        4.3.3 非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系分析
    4.4 T700碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料損傷力學(xué)模型
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝
參考文獻(xiàn)

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本文編號：2887434