本文關(guān)鍵詞：飛機(jī)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)力響應(yīng)及低能量沖擊損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：與金屬材料相比，復(fù)合材料強(qiáng)度高、剛度大、重量輕，并具有良好的抗疲勞、耐高溫、可設(shè)計(jì)等許多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾�(gè)領(lǐng)域。然而，復(fù)合材料也存在其致命的弱點(diǎn)，即對(duì)外來(lái)沖擊載荷非常敏感，極易產(chǎn)生沖擊損傷。因此，深入研究復(fù)合材料的沖擊損傷問(wèn)題及其影響因素，提高其抗沖擊性能，具有重要的實(shí)際意義。 本文首先對(duì)兩類不同芯層厚度的復(fù)合材料泡沫夾芯板試件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)研究，考慮了不同沖擊能量和不同沖頭的影響。得到了不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下各組試件的沖擊力、位移等動(dòng)態(tài)曲線及其破壞模式，總結(jié)了各種影響因素下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化規(guī)律。 利用動(dòng)力有限元方法對(duì)沖擊實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)比分析模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了所采用數(shù)值模擬方法的可靠性。并在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)某型無(wú)人偵察機(jī)復(fù)合材料衛(wèi)通天線罩鳥體撞擊，以及某型軍用飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼前緣冰雹撞擊下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果為實(shí)際復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)。 著重研究了對(duì)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)危害更加致命的低能量沖擊損傷問(wèn)題。針對(duì)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)不同沖擊損傷模式的特征，將層合結(jié)構(gòu)看成是由纖維鋪設(shè)方向一致的子層結(jié)構(gòu)和相鄰子層間的界面層兩部分組成，分別采用不同的損傷分析方法，建立了相應(yīng)的損傷分析模型。同時(shí)，對(duì)于沖擊損傷此類高度非線性問(wèn)題，提出了基于動(dòng)力有限元分析軟件LS-DYNA的數(shù)值模擬求解方法，包括有限元模型的準(zhǔn)確建立，以及整個(gè)數(shù)值模擬分析流程。 利用LS-DYNA程序，研究了復(fù)合材料層合板在低能量沖擊載荷下各種損傷模式的產(chǎn)生、演化過(guò)程及其特征，通過(guò)與文獻(xiàn)中研究結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了損傷分析模型的可靠性。結(jié)果表明，，分層損傷和基體開裂損傷是復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)低能量沖擊損傷的主要表現(xiàn)形式，且各種損傷模式并不是同時(shí)出現(xiàn)的，其中基體開裂損傷最先出現(xiàn)，其次基體擠壓破壞；然后是纖維壓縮破壞和極少量的纖維斷裂破壞，分層損傷最后出現(xiàn)。 最后，討論研究了若干因素，包括沖頭質(zhì)量、沖擊能量、材料性能等對(duì)復(fù)合材料層合板低能量沖擊損傷的影響。結(jié)果表明，復(fù)合材料層合板的低能量沖擊損傷情況與沖頭的質(zhì)量、沖擊速度均沒(méi)有直接關(guān)系，而只是和沖擊能量相關(guān)；沖擊損傷面積隨著沖擊能量的增大而增大，其中分層損傷面積與沖擊能量近似呈線性變化，并且分層損傷還存在一個(gè)能量閥值；另外，高模高強(qiáng)復(fù)合材料能夠比較有效的限制低能量沖擊損傷的產(chǎn)生。 本文的研究結(jié)果為下一步開展沖擊損傷后復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度，以及疲勞壽命的研究工作奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：飛機(jī) 復(fù)合材料 動(dòng)力響應(yīng) 沖擊損傷 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：V214.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 研究背景和意義12-17
• 1.1.1 復(fù)合材料的應(yīng)用背景12
• 1.1.2 復(fù)合材料的基本構(gòu)造12-14
• 1.1.3 復(fù)合材料與金屬材料的比較14-15
• 1.1.4 復(fù)合材料沖擊損傷特征15-16
• 1.1.5 復(fù)合材料低能量沖擊損傷的研究意義16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 實(shí)驗(yàn)研究17-20
• 1.2.2 數(shù)值模擬研究20-23
• 1.3 現(xiàn)有研究工作的不足之處23-24
• 1.4 本文的主要研究工作及內(nèi)容24-26
• 第二章 復(fù)合材料泡沫夾芯板動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)26-41
• 2.1 引言26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案26-27
• 2.3 動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介27-29
• 2.4 沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析29-40
• 2.4.1 薄芯試件組實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析31-35
• 2.4.2 厚芯試件組實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析35-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第三章 復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力響應(yīng)仿真分析41-62
• 3.1 引言41
• 3.2 LS-DYNA及動(dòng)力有限元簡(jiǎn)介41-44
• 3.2.1 顯式時(shí)間積分41-43
• 3.2.2 動(dòng)態(tài)接觸算法43-44
• 3.3 復(fù)合材料泡沫夾芯板沖擊實(shí)驗(yàn)仿真分析44-47
• 3.3.1 有限元模型44-45
• 3.3.2 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比45-47
• 3.4 復(fù)合材料衛(wèi)通天線罩鳥撞動(dòng)力響應(yīng)仿真分析47-53
• 3.4.1 有限元模型建立47-48
• 3.4.2 材料本構(gòu)模型48-49
• 3.4.3 計(jì)算工況49
• 3.4.4 仿真分析結(jié)果49-53
• 3.5 復(fù)合材料機(jī)翼前緣冰雹撞擊動(dòng)力響應(yīng)仿真分析53-60
• 3.5.1 有限元模型建立53-55
• 3.5.2 材料本構(gòu)模型55
• 3.5.3 計(jì)算工況55
• 3.5.4 仿真分析結(jié)果55-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第四章 復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)低能量沖擊損傷分析模型62-74
• 4.1 引言62
• 4.2 復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)沖擊損傷模式62-63
• 4.2.1 層內(nèi)損傷62-63
• 4.2.2 層間損傷63
• 4.3 復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)損傷分析模型63-70
• 4.3.1 層內(nèi)損傷分析模型64-67
• 4.3.2 層間損傷分析模型67-70
• 4.4 沖擊損傷分析模型的數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)方法70-73
• 4.4.1 有限元模型建立70-71
• 4.4.2 數(shù)值模擬分析流程71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第五章 復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)低能量沖擊損傷數(shù)值模擬74-96
• 5.1 引言74
• 5.2 復(fù)合材料層合板沖擊損傷預(yù)測(cè)分析74-84
• 5.2.1 有限元模型74-76
• 5.2.2 材料模型76-77
• 5.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果77-84
• 5.3 復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)低能量沖擊損傷影響因素研究84-94
• 5.3.1 沖頭質(zhì)量的影響85-87
• 5.3.2 沖擊能量的影響87-91
• 5.3.3 復(fù)合材料性能的影響91-94
• 5.4 本章小結(jié)94-96
• 結(jié)論及展望96-100
• 1.全文總結(jié)96-98
• 2.展望98-100
• 參考文獻(xiàn)100-105
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果105-106
• 致謝106-107
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見(jiàn)107

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 徐穎;復(fù)合材料層合板沖擊損傷及沖擊后疲勞壽命研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張濤;一種新型可導(dǎo)向防撞墊的抗撞性能研究[D];華南理工大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：飛機(jī)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)力響應(yīng)及低能量沖擊損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：410106