本文關鍵詞：FMLs的低速沖擊損傷試驗與數值分析方法研究

  更多相關文章： 纖維金屬層板 低速沖擊 連續(xù)損傷力學 VUMAT 沖擊損傷

【摘要】：纖維金屬層板(FMLs)是一種由金屬薄板和纖維復合材料板交替鋪層粘接而成的一種混雜復合材料層板。因其兼有復合材料和金屬材料的優(yōu)異特性,近年來FMLs成為航空結構應用的熱門材料之一。目前國外已對FMLs沖擊問題進行了大量研究并取得了豐富的研究成果。隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展,研究國產FMLs的結構性能和斷裂機制成為亟需。故本文對國產FMLs的低速沖擊試驗及數值分析方法進行深入研究。主要內容如下:根據相關標準和國內外發(fā)表的論文,設計了系列沖擊試驗件和相關夾具,采用落錘沖擊試驗機對國產FMLs、鋁合金板、玻璃纖維復合材料層板和碳纖維復合材料層板進行一系列不同能量的低速沖擊試驗。對不同能量沖擊下四種試樣的表面可視損傷和沖擊響應進行了對比分析。分別探討了固支和簡支兩種邊界條件以及鋁層軋制方向對FMLs沖擊響應的影響,并對低速沖擊載荷下FMLs的響應機制進行了分析。結果顯示:低速沖擊后FMLs的響應和損傷有其獨特的特征規(guī)律;邊界條件對FMLs的沖擊響應有一定影響,而鋁層軋制方向對FMLs抗沖擊性能的影響卻不明顯;得益于0/90度交替鋪層的玻璃纖維層,FMLs的完全穿透能較相同厚度的鋁板要高約22%。根據連續(xù)損傷力學原理,推導并建立了三維復合材料連續(xù)損傷模型,并編寫了相應的VUMAT子程序。采用ABAQUS軟件建立了FMLs低速沖擊的數值分析模型,并與試驗結果對比驗證了該模型的準確性。重點對典型試驗條件下FMLs的沖擊損傷進行了數值計算分析,給出了FMLs不同階段的沖擊響應特征;研究了沖擊過程中FMLs各層響應及損傷類型;探索了試樣尺寸與形狀、鋁層厚度及金屬/復材層數對FMLs抗沖擊性能的影響。沖擊響應載荷-時間曲線的每一次突降正好對應著FMLs內一種損傷的出現。鋁層兩側的分層最為嚴重,相鄰90度纖維層之間的分層最小。研究結論為FMLs的設計提供了基礎信息和分析手段。
【關鍵詞】：纖維金屬層板 低速沖擊 連續(xù)損傷力學 VUMAT 沖擊損傷
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V215
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 引言10-12
• 1.2 研究意義12-13
• 1.3 研究現狀13-17
• 1.3.1 國外研究進展13-16
• 1.3.2 國內研究進展16-17
• 1.3.3 存在的主要問題17
• 1.4 本文的研究內容17-19
• 第二章 FMLs落錘低速沖擊試驗19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 試驗設備及試驗方法19-21
• 2.2.1 試驗設備及原理19-20
• 2.2.2 試驗方法20-21
• 2.3 沖擊試驗件21-22
• 2.4 試驗結果與分析22-33
• 2.4.1 不同能量沖擊下的表面可視損傷22-25
• 2.4.2 邊界條件對I型FMLs沖擊響應的影響25-27
• 2.4.3 鋁層軋制方向對FMLs沖擊響應的影響27-29
• 2.4.4 不同材料的低速沖擊響應29-31
• 2.4.5 低速沖擊載荷下FMLs的響應機制31-33
• 2.5 小結33-34
• 第三章 FMLs中三維復合材料連續(xù)損傷模型34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 復合材料連續(xù)損傷模型34-39
• 3.2.1 單向加載損傷模型34-37
• 3.2.2 卸載關系37-38
• 3.2.3 應變率效應38-39
• 3.3 三維單向復合材料本構關系39-43
• 3.3.1 初始應力應變關系39
• 3.3.2 含累積損傷的應力應變關系39-43
• 3.4 材料模型在ABAQUS中的實現43-45
• 3.4.1 ABAQUS用戶子程序43
• 3.4.2 VUMAT子程序及編寫流程43-45
• 3.5 子程序算例驗證45-46
• 3.6 小結46-47
• 第四章 FMLs沖擊損傷破壞的數值分析研究47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 FMLs有限元材料模型及參數47-55
• 4.2.1 玻璃纖維層力學性能參數47-49
• 4.2.2 2024-T3鋁層力學性能參數49-51
• 4.2.3 層間本構關系51-53
• 4.2.4 材料模型及參數的拉伸試驗驗證53-55
• 4.3 FMLs低速沖擊有限元建模55-58
• 4.3.1FMLs有限元幾何模型55-56
• 4.3.2 錘頭有限元幾何模型56-57
• 4.3.3 載荷與邊界條件57-58
• 4.4 FMLs低速沖擊有限元模型結果驗證58-63
• 4.4.1 宏觀損傷現象58-60
• 4.4.2 沖擊響應歷程60-62
• 4.4.3 沖擊響應參數62-63
• 4.5 小結63-64
• 第五章 基于有限元的FMLs低速沖擊損傷破壞研究64-76
• 5.1 引言64
• 5.2 FMLs低速沖擊損傷分析64-69
• 5.2.1 沖擊損傷過程64-66
• 5.2.2 鋁層損傷66
• 5.2.3 纖維層損傷66-68
• 5.2.4 層間分層68-69
• 5.3 FMLs試樣尺寸參數對損傷的研究69-75
• 5.3.1 試樣形狀與尺寸69-71
• 5.3.2 單一鋁層厚度71-73
• 5.3.3 金屬/纖維復材層數73-75
• 5.4 小結75-76
• 第六章 總結與展望76-79
• 6.1 工作總結76-78
• 6.2 工作展望78-79
• 參考文獻79-84
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文84-85
• 攻讀碩士學位期間參與科研課題85-86
• 攻讀碩士學位期間獲獎情況86-87
• 致謝87-88

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1 胡剛,高新明;基于聲速定義的灰?guī)r沖擊損傷參數的計算范圍[J];黑龍江科技學院學報;2005年05期

2 周潔敏,林剛,陶云剛;子波變換在復合材料沖擊損傷實時檢測中的應用(英文)[J];儀器儀表學報;2001年06期

3 張銥，

本文編號：675305