復合材料層合板損傷模型的建構方法及其應用.pdf

1、復合材料由于具有優(yōu)異的材料性能，已在各種工程領域中得到廣泛應用。為了充分利用復合材料的優(yōu)異性能，研究人員提出了大量的損傷模型來分析復合材料的力學行為。雖然眾多損傷模型可以解決很多工程問題，但也給研究人員的選擇和應用帶來了很大的困難。為了梳理損傷模型的發(fā)展脈絡，理清當前各種損傷模型之間存在的關系，指導工程人員構建合適的損傷模型，對當前存在的復合材料損傷模型的建構方法進行研究，已非常迫切。本文針對上述問題，開展的研究內容主要有：
　　

2、（1）針對復合材料層內損傷模型的本構關系、失效準則、損傷變量、損傷剛度矩陣，和在層間建模的內聚力模型的本構關系、分層損傷發(fā)生準則、分層損傷演化準則，以及在層內建模的分層損傷失效準則八個部分，綜合相關文獻，本文從試驗、理論和經驗三個角度系統(tǒng)總結了它們的有效建構方法。其中以層內損傷模型的失效準則的建構方法最多，且內涵最豐富。同時，針對分層損傷問題，綜合相關文獻，系統(tǒng)總結了各種分層損傷模擬技術的建構方法。系統(tǒng)提出損傷模型的建構方法，不僅可以將

3、隱藏在相關文獻中的建構思路清晰化，加深理解損傷模型建構過程的實質，還可以完善損傷模型的內容，提出新的損傷模型，以及為損傷模型的進一步發(fā)展打下基礎。
　　(2)在理解所提建構方法的基礎上，提出了新的層內損傷模型的失效準則、損傷變量、損傷剛度矩陣，和新的內聚力模型的本構關系、分層損傷發(fā)生準則、分層損傷演化準則。最后，討論了損傷模型的建構過程，以及各種建構方法之間的關系，并給出了一個關于分層損傷演化準則的統(tǒng)一表達式。
　　(3)基

4、于第二章提出的綜合法，本文分別提出了一個帶有四個主參數(shù)的二維復合材料失效準則和一個帶有五個主參數(shù)的三維失效準則。二維失效準則主要包含纖維拉伸失效、纖維壓縮失效、基體開裂失效、基體擠裂失效四種失效模式；三維失效準則還包含一個分層準則。同時，基于相關工作，對上述新失效準則中的基體壓縮準則進行修正。在此基礎上，討論了新失效準則的基本構成部分、特殊形式和修正形式，并根據(jù)試驗討論了新失效準則中主參數(shù)的識別過程及其意義。研究發(fā)現(xiàn)：當前眾多失效準則的

5、系數(shù)依然是一個經驗值集合，任何一種材料都需要通過試驗確定失效準則的系數(shù)。
　　(4)針對層合板的靜態(tài)損傷問題，基于Tsai-Wu準則，本文構建了一個新的CDM模型，并采用此模型模擬了兩種鋪層層合板的靜態(tài)拉伸過程。同時，針對層合板的低速沖擊問題，本文同樣構建了一個CDM模型，并采用此模型討論了損傷變量和失效準則的系數(shù)對數(shù)值結果的影響。研究表明：不同的損傷變量定義和不同的失效準則的系數(shù)都會影響復合材料層合板在沖擊載荷作用下的損傷描述。

6、
　　(5)針對復合材料層合板在制備、運輸和服役期間存在的多次加載問題，提出了一個場變量分析法?；趫鲎兞糠治龇?，首先模擬了DCB模型的損傷過程。數(shù)值結果表明層合板的應力分布和載荷-位移曲線與試驗結果一致，場變量分析法可靠。然后，基于場變量分析法，討論了沖擊損傷對層合板振動模態(tài)和固有頻率的影響。數(shù)值結果表明沖擊損傷可以導致層合板固有頻率和高階模態(tài)的變化，并且固有頻率的下降主要是由基體損傷造成的。
　　本文針對復合材料層合板的