資源描述：
《復(fù)合材料層合板的低速沖擊損傷模擬（可編輯）》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、復(fù)合材料層合板的低速沖擊損傷模擬天津大學(xué)碩士學(xué)位論文復(fù)合材料層合板的低速沖擊損傷模擬姓名:王昌海申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):固體力學(xué)指導(dǎo)教師:石廣玉2011-12摘要纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板由于具有高比模量及高比強(qiáng)度等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),所以廣泛的應(yīng)用于航空航天以及汽車制造等領(lǐng)域。然而在其厚度方向上,強(qiáng)度較弱,特別是鋪層間粘接層的強(qiáng)度更低,以至于在受到低速橫向沖擊時(shí)容易產(chǎn)生各種損傷、破壞甚至斷裂。主要的損傷形式有基體開裂、基體剪切、纖維斷裂以及層間分層。其中,層間分層損傷和基體開裂是最常見也是最危險(xiǎn)的破壞形式,因
2、此層問分層也成為了國內(nèi)外專家學(xué)者的主要研究課題。復(fù)合材料層合板受到橫向沖擊的過程中,纖維方向不同的鋪層間的粘接層極易發(fā)生損傷,而損傷的產(chǎn)生及擴(kuò)展是一個(gè)逐漸的過程,在這個(gè)過程中材料的性能及強(qiáng)度是逐漸下降的?，F(xiàn)在人們常用沖擊物體對靶體作用的等效動載進(jìn)行沖擊損傷模擬,這種等效動載法雖然效率高,但不夠準(zhǔn)確。因此,復(fù)合材料層合板低速沖擊過程的動態(tài)模擬是能夠更好描述層間分層的產(chǎn)生及擴(kuò)展的一種方法。本文將對復(fù)合材料層合板在低速沖擊下的損傷進(jìn)行動態(tài)數(shù)值模擬。本文主要進(jìn)行了以下研究工作:整理和歸納適用于層合板沖擊損
3、傷模擬的材料模型和損傷準(zhǔn)則,并評述了將沖擊問題轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)靜態(tài)問題的模擬方法。以模擬結(jié)果為例,總結(jié)了一步退化準(zhǔn)則得到的層合板粘接層的損傷位置及幾何形狀:使用.軟件進(jìn)行低速沖擊下的復(fù)合材料層合板沖擊損傷的動態(tài)模擬,探討動態(tài)損傷模擬的建模技術(shù),以期得到復(fù)合材料層合板在低速沖擊下的更為準(zhǔn)確的損傷位置及損傷形狀和面積。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較研究了復(fù)合材料的材料模型和損傷判據(jù)選對界面分層擴(kuò)展和基體開裂的影響。以實(shí)驗(yàn)結(jié)果和動態(tài)沖擊損傷的模擬結(jié)果為依據(jù)評估了準(zhǔn)靜態(tài)沖擊損傷模擬的精度。關(guān)鍵詞:纖維增強(qiáng)層合板沖擊損傷分層
4、基體開裂動態(tài)模擬?,.,.,?.,,.,,.?,.,,.,?.,.?.:.,...?.?...,....:,,,,,?第一章緒論第一章緒論.引言復(fù)合材料是通過物理和化學(xué)的方法在宏觀上使多種具有不同性質(zhì)的組分材料形成一種具有新性能的材料。復(fù)合材料一般在性能上都會優(yōu)于組分材料,綜合組分材料的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)各組分材料的不足,并且具有原來材料不具備的性能,從而在剛度、強(qiáng)度、熱學(xué)等性能方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代化時(shí)代,人類已經(jīng)開發(fā)出了多種多樣功能不同的復(fù)合材料。由于具有高比模量、高比強(qiáng)度、耐高溫
5、、抗疲勞、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),復(fù)合材料廣泛地應(yīng)用于航天、航空、汽車、船舶、石油化工、醫(yī)療設(shè)備、橋梁、建筑等等眾多的工業(yè)領(lǐng)域?。尤其近年來,先進(jìn)的復(fù)合材料己從以往的僅用于航天器及軍用飛機(jī)的狀況,發(fā)展到成為當(dāng)今各類先進(jìn)民用飛機(jī)的首選材料。先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上的用量及應(yīng)用部位己成了衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)性及效率的重要指標(biāo)之一。在近五十年來的飛機(jī)制造行業(yè)中,由于復(fù)合材料質(zhì)量小、強(qiáng)度大以及可以滿足特殊設(shè)計(jì)的材料性能,因此在當(dāng)今的飛機(jī)制造中,復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為一種現(xiàn)象,飛機(jī)制造已經(jīng)越來越依賴復(fù)合材料。因此
6、復(fù)合材料的開發(fā)與設(shè)計(jì)對于高科技領(lǐng)域的制造業(yè)以及一些電子產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)上都具有重大意義。圖一所示的是復(fù)合材料在現(xiàn)代飛機(jī)制造中近些年來的使用比例的變化情況。從圖中我們可以看出復(fù)合材料的應(yīng)用普及速度之快。摹羞‰≥客啦斌奠如骶鼉;剪粥登∞巧;.:母“÷‘×:年物圖?現(xiàn)代飛機(jī)中復(fù)合材料的應(yīng)用情況第一章緒論由于應(yīng)用性質(zhì)的不同,通常我們可以把復(fù)合材料分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料以及功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料是指那些提供物理性能的復(fù)合材料,但并不包括機(jī)械性能的材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的構(gòu)成部分主要是一些樹脂、金屬等材料構(gòu)成的基體
7、以及纖維和顆粒等材料構(gòu)成的增強(qiáng)材料。其中,增強(qiáng)材料起著主要的作用,它主要功能是提供剛度以及強(qiáng)度,控制著復(fù)合材料的性能:而基體材料則主要為輔助的作用,基體支持并固定纖維材料?？梢韵胂?在飛機(jī)或者輪船等重要交通工具的使用及維修上,不可避免的會發(fā)生一些輕微的碰撞,如在維修中維修工具的碰撞或者錘子的掉落以及在正常使用中都會不可避免的發(fā)生一些質(zhì)量小的物體的低速沖擊,但由于這種沖擊并不會造成肉眼可見的損傷破壞而被忽視,然后這些低速沖擊會對材料內(nèi)部產(chǎn)生微妙的影響及破壞,因此為這種層合板在低速沖擊下的模擬是具有重
8、要的實(shí)際意義的。所以,結(jié)構(gòu)復(fù)合材料板殼為我們的主要研究對象。由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是各向異性的材料性能,在厚度方向上的強(qiáng)度是很弱的,尤其是鋪層間的粘接層的強(qiáng)度更低?。這會導(dǎo)致復(fù)合材料板殼在制造、運(yùn)輸中,以及服役期間受到其他物體的橫向沖擊后會容易產(chǎn)生沖擊損傷和破壞【,進(jìn)而導(dǎo)致板殼的剩余強(qiáng)度下降,嚴(yán)重地影響材料的性能。高速的物體對復(fù)合材料板殼結(jié)構(gòu)的沖擊會導(dǎo)致明顯的局部破壞,如表面目視可測的基體和纖維破壞、侵徹甚至貫徹,但是這些損傷破壞都會很容易地被檢測出來。然而,受到低速沖擊的復(fù)合材料板
