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復合材料層合板損傷模型的建構方法及其應用

  評論:0 條   查看:87 次   gqgmzhang 發(fā)表于 2015-11-27 18:45

【摘要】：復合材料由于具有優(yōu)異的材料性能，已在各種工程領域中得到廣泛應用。為了充分利用復合材料的優(yōu)異性能，研究人員提出了大量的損傷模型來分析復合材料的力學行為。雖然眾多損傷模型可以解決很多工程問題，但也給研究人員的選擇和應用帶來了很大的困難。為了梳理損傷模型的發(fā)展脈絡，理清當前各種損傷模型之間存在的關系，指導工程人員構建合適的損傷模型，對當前存在的復合材料損傷模型的建構方法進行研究，已非常迫切。本文針對上述問題，開展的研究內容主要有： （1）針對復合材料層內損傷模型的本構關系、失效準則、損傷變量、損傷剛度矩陣，和在層間建模的內聚力模型的本構關系、分層損傷發(fā)生準則、分層損傷演化準則，以及在層內建模的分層損傷失效準則八個部分，綜合相關文獻，本文從試驗、理論和經驗三個角度系統(tǒng)總結了它們的有效建構方法。其中以層內損傷模型的失效準則的建構方法最多，且內涵最豐富。同時，針對分層損傷問題，綜合相關文獻，系統(tǒng)總結了各種分層損傷模擬技術的建構方法。系統(tǒng)提出損傷模型的建構方法，不僅可以將隱藏在相關文獻中的建構思路清晰化，加深理解損傷模型建構過程的實質，還可以完善損傷模型的內容，提出新的損傷模型，以及為損傷模型的進一步發(fā)展打下基礎。 (2)在理解所提建構方法的基礎上，提出了新的層內損傷模型的失效準則、損傷變量、損傷剛度矩陣，和新的內聚力模型的本構關系、分層損傷發(fā)生準則、分層損傷演化準則。最后，討論了損傷模型的建構過程，以及各種建構方法之間的關系，并給出了一個關于分層損傷演化準則的統(tǒng)一表達式。 (3)基于第二章提出的綜合法，本文分別提出了一個帶有四個主參數的二維復合材料失效準則和一個帶有五個主參數的三維失效準則。二維失效準則主要包含纖維拉伸失效、纖維壓縮失效、基體開裂失效、基體擠裂失效四種失效模式；三維失效準則還包含一個分層準則。同時，基于相關工作，對上述新失效準則中的基體壓縮準則進行修正。在此基礎上，討論了新失效準則的基本構成部分、特殊形式和修正形式，并根據試驗討論了新失效準則中主參數的識別過程及其意義。研究發(fā)現：當前眾多失效準則的系數依然是一個經驗值集合，任何一種材料都需要通過試驗確定失效準則的系數。 (4)針對層合板的靜態(tài)損傷問題，基于Tsai-Wu準則，本文構建了一個新的CDM模型，并采用此模型模擬了兩種鋪層層合板的靜態(tài)拉伸過程。同時，針對層合板的低速沖擊問題，，本文同樣構建了一個CDM模型，并采用此模型討論了損傷變量和失效準則的系數對數值結果的影響。研究表明：不同的損傷變量定義和不同的失效準則的系數都會影響復合材料層合板在沖擊載荷作用下的損傷描述。 (5)針對復合材料層合板在制備、運輸和服役期間存在的多次加載問題，提出了一個場變量分析法。基于場變量分析法，首先模擬了DCB模型的損傷過程。數值結果表明層合板的應力分布和載荷-位移曲線與試驗結果一致，場變量分析法可靠。然后，基于場變量分析法，討論了沖擊損傷對層合板振動模態(tài)和固有頻率的影響。數值結果表明沖擊損傷可以導致層合板固有頻率和高階模態(tài)的變化，并且固有頻率的下降主要是由基體損傷造成的。 本文針對復合材料層合板的損傷模型展開研究，系統(tǒng)總結了損傷模型的建構方法�；诓糠纸嫹椒ǎo出了新的失效準則、損傷變量、剛度矩陣和本構關系，建立了兩個具有不同用途的連續(xù)損傷力學模型，并提出了一個用于處理多次加載問題的場變量分析方法。該研究工作可以為復合材料層合板構建新模型和找出模型之間存在的關系提供完整的研究思路和研究方法，并為損傷模型的進一步發(fā)展打下基礎。

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