【摘要】：隨著復(fù)合材料在工程中的應(yīng)用越來越廣泛,有壽命要求的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用靜力覆蓋疲勞的思想已不適應(yīng)設(shè)計(jì)要求,為此需要對復(fù)合材料損傷機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究。本文在復(fù)合材料損傷力學(xué)的分析框架下,以損傷為 橋梁‖,連接復(fù)合材料力學(xué)性能與外載荷。分別研究了復(fù)合材料多向剛度性能隨損傷的變化規(guī)律以及損傷隨載荷歷程的變化規(guī)律,進(jìn)而獲得復(fù)合材料剛度性能隨外載荷的變化規(guī)律;分別建立了復(fù)合材料剛度性能表征的連續(xù)介質(zhì)多向損傷力學(xué)模型(CMDM)、準(zhǔn)靜態(tài)載荷以及疲勞載荷下復(fù)合材料基體裂紋多向損傷協(xié)同演化模型(MDCE),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。本文的主要研究工作和研究成果有:對復(fù)合材料損傷力學(xué)的研究內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述,介紹了現(xiàn)階段損傷的剛度性能表征和損傷的演化規(guī)律的研究進(jìn)展。從失效學(xué)系統(tǒng)論的角度,對復(fù)合材料損傷力學(xué)研究中的關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行了闡述。根據(jù)復(fù)合材料損傷的特點(diǎn),選用協(xié)調(diào)多尺度建模策略,在不同尺度下研究損傷的多向影響,構(gòu)建了復(fù)合材料損傷的協(xié)調(diào)多尺度分析與多向損傷理論框架。開展了E-glass/YPX-3300玻璃纖維復(fù)合材料損傷機(jī)理的試驗(yàn)研究。完成了材料基本力學(xué)性能測定試驗(yàn)、復(fù)合材料層合板試件在準(zhǔn)靜態(tài)載荷下的損傷演化試驗(yàn)、常幅疲勞載荷下的損傷演化試驗(yàn)以及復(fù)合材料圓管試件多軸加載試驗(yàn)。提出了復(fù)合材料剛度性能表征的連續(xù)介質(zhì)多向損傷力學(xué)模型。在微觀尺度下,定義了損傷張量,并采用參數(shù)化建模的有限元方法確定損傷的多向微觀響應(yīng);在宏觀尺度下,推導(dǎo)了以損傷為變量的復(fù)合材料單向板以及層合板的剛度性能,很好地表征了復(fù)合材料彌散型損傷對剛度性能的影響。采用Varna以及本文的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該模型多向剛度性能表征的預(yù)測能力。建立了準(zhǔn)靜態(tài)載荷下復(fù)合材料多向損傷協(xié)同演化的能量模型。在宏觀尺度下,推導(dǎo)了包含微觀損傷響應(yīng)的基體裂紋損傷的能量釋放率表達(dá)式,結(jié)合能量準(zhǔn)則判定裂紋萌生。模型考慮了損傷間的相互作用、殘余應(yīng)力、材料非線性、材料初始損傷與損傷演化的不均勻性,給出了模擬分析流程。通過比較預(yù)測與試驗(yàn)結(jié)果,說明模型能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測準(zhǔn)靜態(tài)載荷下復(fù)合材料損傷演化規(guī)律,并討論了層合板的 就位‖效應(yīng)。提出了疲勞載荷下復(fù)合材料基體裂紋協(xié)同損傷多向演化模型。用初始裂紋萌生壽命曲線表征復(fù)合材料開裂層的疲勞特性,基于經(jīng)典的Miner理論提出了復(fù)合材料損傷累積理論。該模型建立在準(zhǔn)靜態(tài)載荷損傷演化模型基礎(chǔ)上,通過引入準(zhǔn)靜態(tài)分析中的臨界能量釋放率的分布,獲得考慮初始缺陷的裂紋萌生壽命曲線;討論了疲勞載荷水平對疲勞損傷演化過程的影響,亦給出了疲勞損傷演化模擬分析流程。采用常幅疲勞載荷下正交鋪設(shè)層合板損傷演化試驗(yàn)對模型進(jìn)行了驗(yàn)證,疲勞損傷演化試驗(yàn)結(jié)果基本均落在預(yù)測邊界線內(nèi),疲勞中前期預(yù)測的剩余剛度退化曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。通過分析計(jì)算結(jié)果獲得等損傷壽命曲線族,方便快速地獲得任意疲勞載荷水平下的損傷演化規(guī)律。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;O346.5

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本文編號(hào)：2220191