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《復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，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、復合材料層合板的低速沖擊損傷模擬天津大學碩士學位論文復合材料層合板的低速沖擊損傷模擬姓名:王昌海申請學位級別:碩士專業(yè):固體力學指導教師:石廣玉2011-12摘要纖維增強復合材料層合板由于具有高比模量及高比強度等獨特優(yōu)點,所以廣泛的應用于航空航天以及汽車制造等領域。然而在其厚度方向上,強度較弱,特別是鋪層間粘接層的強度更低,以至于在受到低速橫向沖擊時容易產生各種損傷、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的破壞形式,因
2、此層問分層也成為了國內外專家學者的主要研究課題。復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,而損傷的產生及擴展是一個逐漸的過程,在這個過程中材料的性能及強度是逐漸下降的?，F(xiàn)在人們常用沖擊物體對靶體作用的等效動載進行沖擊損傷模擬,這種等效動載法雖然效率高,但不夠準確。因此,復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生及擴展的一種方法。本文將對復合材料層合板在低速沖擊下的損傷進行動態(tài)數值模擬。本文主要進行了以下研究工作: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則,并評述了將沖擊問題轉化為準靜態(tài)問題的模擬方法。以模擬結果為例,總結了一步退化準則得到的層合板粘接層的損傷位置及幾何形狀:使用.軟件進行低速沖擊下的復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,以期得到復合材料層合板在低速沖擊下的更為準確的損傷位置及損傷形狀和面積。通過與實驗結果的比較研究了復合材料的材料模型和損傷判據選對界面分層擴展和基體開裂的影響。以實驗結果和動態(tài)沖擊損傷的模擬結果為依據評估了準靜態(tài)沖擊損傷模擬的精度。關鍵詞:纖維增強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.引言復合材料是通過物理和化學的方法在宏觀上使多種具有不同性質的組分材料形成一種具有新性能的材料。復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,彌補各組分材料的不足,并且具有原來材料不具備的性能,從而在剛度、強度、熱學等性能方面達到設計要求。在科學技術快速發(fā)展的現(xiàn)代化時代,人類已經開發(fā)出了多種多樣功能不同的復合材料。由于具有高比模量、高比強度、耐高溫
5、、抗疲勞、可設計性強等獨特優(yōu)點,復合材料廣泛地應用于航天、航空、汽車、船舶、石油化工、醫(yī)療設備、橋梁、建筑等等眾多的工業(yè)領域?。尤其近年來,先進的復合材料己從以往的僅用于航天器及軍用飛機的狀況,發(fā)展到成為當今各類先進民用飛機的首選材料。先進復合材料在飛機上的用量及應用部位己成了衡量飛機結構先進性及效率的重要指標之一。在近五十年來的飛機制造行業(yè)中,由于復合材料質量小、強度大以及可以滿足特殊設計的材料性能,因此在當今的飛機制造中,復合材料的廣泛應用已經成為一種現(xiàn)象,飛機制造已經越來越依賴復合材料。因此
6、復合材料的開發(fā)與設計對于高科技領域的制造業(yè)以及一些電子產品的外形設計上都具有重大意義。圖一所示的是復合材料在現(xiàn)代飛機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合材料的應用普及速度之快。摹羞‰≥客啦斌奠如骶鼉;剪粥登∞巧;.:母“÷‘×:年物圖?現(xiàn)代飛機中復合材料的應用情況第一章緒論由于應用性質的不同,通常我們可以把復合材料分為結構復合材料以及功能復合材料。功能復合材料是指那些提供物理性能的復合材料,但并不包括機械性能的材料。結構復合材料的構成部分主要是一些樹脂、金屬等材料構成的基體
7、以及纖維和顆粒等材料構成的增強材料。其中,增強材料起著主要的作用,它主要功能是提供剛度以及強度,控制著復合材料的性能: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部產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、要的實際意義的。所以,結構復合材料板殼為我們的主要研究對象。由于纖維增強復合材料是各向異性的材料性能,在厚度方向上的強度是很弱的,尤其是鋪層間的粘接層的強度更低?。這會導致復合材料板殼在制造、運輸中,以及服役期間受到其他物體的橫向沖擊后會容易產生沖擊損傷和破壞【,進而導致板殼的剩余強度下降,嚴重地影響材料的性能。高速的物體對復合材料板殼結構的沖擊會導致明顯的局部破壞,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,受到低速沖擊的復合材料板
