基于apdl的層合板破壞過程分析

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1、基于APDL的層合板破壞過程分析為研宄層合板的破壞過程，用APDL編程，自定義復(fù)合材料的單元破壞判據(jù)，分析[90°/??±45°/0°]??s??鋪排方式的層合板破壞過程.建立層合板宏觀和微觀的ANSYS模型，分析對比其破壞應(yīng)力.結(jié)果表明：宏觀模型破壞應(yīng)力與微觀模型破壞應(yīng)力略有差別，但微觀模型能更直觀地給出層合板破壞的動(dòng)態(tài)過程.APDL編程方法可拓展ANSYS有限元程序?qū)?fù)合材料的強(qiáng)度計(jì)己的信息，.xzbu.8/view~8771469.關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；層合板；破壞準(zhǔn)則；APDLTB332；TB115.1？?A??Destructionprocessanalysisofcompositel

2、aminatebasedonAPDLLIBaofeng,ZHENGJian,NIXinhua,ZHAOLei,ZHONGGuohui,SUNTao(DepartmentofArtilleryEngineering,OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003,China)Abstract：Tostudythedestructionprocessofcompositelaminates,theprocessfrominitialdestructiontoultimatedestructionofcompositelaminatesin[90°/±4

3、5°/0°]??slayoutwayisanalyzedusingcustomizedcompositeelementdestructioncriteriaapplyingAPDLprogramming.ThemacromodelandmicromodelarebuiltinANSYSanddestructionstressisanalyzedandcompared.Theresultsindicatethatthedestructionstressofmacromodelisslightlydifferentfromtheoneofmicromodel,butthelaminatedest

4、ructionprocesscanbeintuitivelyfiguredoutbymicromodel.APDLprogrammingmethodcanextendthecompositestrengthcomputationofANSYSfiniteelementprogram.Keywords：composite;laminate;destructioncriteria;APDL0引言復(fù)合材料強(qiáng)度計(jì)算分析復(fù)雜，由于分析問題的角度和解決問題的方法不同，迄今為止產(chǎn)生許多不同的強(qiáng)度理論，但“除了一些非常有限的情形外，還缺少證據(jù)表明存在這樣一個(gè)破壞判據(jù)：能給出即使是單向復(fù)合材料或者層合板較為精

5、確、有實(shí)際意義的破壞預(yù)報(bào)[1]”.這個(gè)結(jié)論雖然出乎許多人的意料，但從“破壞分析奧運(yùn)會”的評估結(jié)果看，在盲算階段所有125個(gè)評價(jià)點(diǎn)中，最優(yōu)秀的理論也只有64個(gè)評價(jià)點(diǎn)能將誤差控制在10%以內(nèi)，說明復(fù)合材料具有極強(qiáng)的個(gè)體差異性，在工程應(yīng)用中需針對不同的材料確定不同的強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算.因此，在進(jìn)行有限元模擬過程中，將符合所使用復(fù)合材料的破壞準(zhǔn)則引入到有限元分析中非常重要.APDL語言為用戶自定義復(fù)合材料的破壞準(zhǔn)則提供有效途徑.本文綜合微觀力學(xué)的計(jì)算方法，以[90°/±45°/0°]??s層合板為例對復(fù)合材料的破壞過程進(jìn)行有限元分析.層合板是許多單層單向復(fù)合材料疊合在一起的板結(jié)構(gòu)，其層數(shù)和每個(gè)單層徑向

6、的排列方向都可以不同.層合板的力學(xué)分析比單向復(fù)合材料復(fù)雜得多，這主要是層與層之間組成靜不定結(jié)構(gòu)，僅僅依靠平衡方程不能確定每層所分擔(dān)的載荷，必須補(bǔ)充變形協(xié)調(diào)條件.由于每層的排列方式以及所承擔(dān)的載荷都可能不同，導(dǎo)致各層破壞順序也不一致，有的層先破壞，有的層后破壞，形成漸進(jìn)破壞的過程.[2]用微觀力學(xué)的方法，只需知道纖維和基體材料的性能指標(biāo)、纖維的體積含量以及每層的鋪排角和厚度等參數(shù)就可進(jìn)行求解：而宏觀力學(xué)方法需以單層板本身的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ).因此，微觀力學(xué)方法具有一些宏觀力學(xué)方法難以比擬的優(yōu)勢.1有限元分析模型及計(jì)算流程復(fù)合材料破壞準(zhǔn)則是應(yīng)力（應(yīng)變）和強(qiáng)度的數(shù)學(xué)函數(shù)，描述在復(fù)雜載荷狀態(tài)下復(fù)合材料結(jié)

7、構(gòu)破壞的條件.目前，復(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則有數(shù)十種之多，本文采用最大應(yīng)力理論作為評判破壞的依據(jù).本文以單層厚度0.25mm，[90°/±45°/0°]??s鋪排方式層合板進(jìn)行破壞過程分析.單向板的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)為：軸向拉伸強(qiáng)度1280MPa，軸向壓縮強(qiáng)度??800MPa，？?橫向拉伸強(qiáng)度40MPa，橫向壓縮強(qiáng)度?？145MPa,??平面內(nèi)剪切強(qiáng)度73MPa，軸向極限拉伸應(yīng)變2.087%,軸向極限壓縮應(yīng)變1.754