本文關(guān)鍵詞：基于形狀等效和剛度折減的復(fù)合材料分層損傷分析方法

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【摘要】：與傳統(tǒng)金屬材料相比,復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、耐腐蝕性強(qiáng)、加工成型方便等優(yōu)點(diǎn),并且其力學(xué)性能可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。在航空航天領(lǐng)域,復(fù)合材料已被用于主要承力構(gòu)件的制造,然而由于制造工藝和環(huán)境因素的影響,復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)常常會(huì)帶有各種損傷。其中,分層損傷是復(fù)合材料主要構(gòu)件損傷形式之一,這類(lèi)分層損傷的產(chǎn)生和擴(kuò)展會(huì)顯著降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此,找出簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)研究復(fù)合材料構(gòu)件的分層損傷問(wèn)題具有十分重要的意義。本文分析了不規(guī)則形狀的分層缺陷區(qū)域等效成不同規(guī)則形狀分層缺陷的效果,并在此基礎(chǔ)上提出了含分層缺陷的復(fù)合材料層合板的整體和局部剛度折減模型,研究了含初始分層缺陷的復(fù)合材料層合板在壓縮載荷作用下的屈曲和后屈曲行為。采用工程中常用的包絡(luò)橢圓、包絡(luò)圓和包絡(luò)矩形等模型對(duì)多個(gè)不規(guī)則分層缺陷區(qū)域形狀進(jìn)行簡(jiǎn)化,并通過(guò)有限元方法模擬含分層缺陷的層合板在壓縮載荷下的力學(xué)行為,計(jì)算出等效形狀分層缺陷和原不規(guī)則形狀分層缺陷下的層合板分層擴(kuò)展壓力。計(jì)算出不同等效分層缺陷區(qū)域模型的屈曲模式和載荷-位移曲線(xiàn)等數(shù)據(jù),并比較分析了三種等效方式的差異,結(jié)果表明針對(duì)本文所采用的不規(guī)則形狀,包絡(luò)橢圓的等效效果最好,可以有效代替原不規(guī)則形狀分層缺陷來(lái)進(jìn)行相關(guān)復(fù)合材料構(gòu)件的分層損傷研究。根據(jù)上述等效模型研究中的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)分層缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)的主要影響是改變結(jié)構(gòu)的屈曲臨界載荷,而對(duì)結(jié)構(gòu)的壓縮剛度并沒(méi)有顯著影響�；诖�,提出一種根據(jù)屈曲臨界載荷變化來(lái)確定折減系數(shù)的剛度折減模型,分別采用整體剛度折減和損傷區(qū)域剛度折減兩種途徑。對(duì)比分析了原分層缺陷模型和剛度折減模型在相同加載條件下的載荷-位移曲線(xiàn)。結(jié)果表明,剛度折減模型簡(jiǎn)化了分層損傷建模的分析過(guò)程,能較好地反映含初始分層缺陷的層合板在受壓時(shí)的力學(xué)行為,并大大減少了數(shù)值分析時(shí)間。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料構(gòu)件分層 分層缺陷形狀簡(jiǎn)化 剛度折減模型 屈曲分析
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 分層屈曲11
• 1.2.2 分層形狀等效11-13
• 1.2.3 剛度折減模型13-14
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容和方法14-15
• 2 復(fù)合材料分層研究理論基礎(chǔ)15-28
• 2.1 斷裂力學(xué)理論16-20
• 2.1.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子理論16-18
• 2.1.2 能量釋放率準(zhǔn)則18-20
• 2.2 虛擬裂紋閉合技術(shù)20-24
• 2.2.1 裂紋閉合方法20-21
• 2.2.2 改進(jìn)裂紋閉合方法21-22
• 2.2.3 能量釋放率計(jì)算公式22-24
• 2.3 復(fù)合材料層合板的屈曲行為24-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 復(fù)合材料不規(guī)則形狀分層區(qū)域簡(jiǎn)化方法28-45
• 3.1 引言28
• 3.2 不規(guī)則形狀及等效形狀分層模型說(shuō)明28-32
• 3.2.1 問(wèn)題描述28-31
• 3.2.2 邊界條件及載荷31
• 3.2.3 有限元模型31-32
• 3.3 結(jié)果對(duì)比與討論32-44
• 3.3.1 不規(guī)則形狀及等效形狀參數(shù)對(duì)比32-34
• 3.3.2 不同等效方式結(jié)果對(duì)比34-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 4 含分層損傷層合板剛度折減模型45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 剛度折減方法45-47
• 4.3 整體剛度折減模型47-53
• 4.3.1 整體剛度折減模型構(gòu)造方法48-51
• 4.3.2 有限元結(jié)果對(duì)比與討論51-53
• 4.4 損傷區(qū)域剛度折減模型53-57
• 4.4.1 區(qū)域剛度折減模型構(gòu)造方法53-55
• 4.4.2 有限元結(jié)果對(duì)比與討論55-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論與展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 附錄A 橢圓分層建模部分代碼64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

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本文編號(hào)：873765