冲击后复合材料层合板的拉伸破坏行为研究

【摘要】：复合材料由于具有比强度、比刚度高,抗疲劳性能好,可设计性,抗腐蚀等优点,正日益广泛地用于航空结构上。复合材料在受到冲击后,内部会出现基体开裂、纤维断裂、分层等多种损伤。这些损伤会大大降低复合材料的剩余强度和疲劳性能。因此,对复合材料层合板冲击后的剩余强度进行研究具有重要的理论意义和工程价值。 本文应用损伤等效和三维有限元分析的方法对含冲击损伤的复合材料层合板的剩余拉伸强度进行分析研究,建立了含冲击损伤复合材料层合板的等效损伤三维分析模型,并根据分析方法和分析模型,以ABAQUS软件为平台开发了相应的用户材料子程序(UMAT),并将该方法的分析结果与试验值进行比较,取得了较好的效果。 本文的主要研究工作如下: (1)针对含冲击损伤层合板在拉伸载荷作用下的剩余拉伸强度和破坏过程,本文提出了将冲击损伤等效为圆孔的模型,将含冲击损伤层合板的剩余拉伸强度问题转化为含孔板的剩余拉伸强度问题。 (2)分析过程中,采用三维Hashin破坏准则和Camanho的参数退化方式,建立了三维分析模型。 (3)本文在分析过程中考虑了铺层角对层合板中单层的横向拉伸强度和剪切强度的影响,采用了Chang提出的就位强度公式,对每个单层赋予不同的材料属性。以ABAQUS软件为平台,编写了用户材料子程序(UMAT)。 (4)应用本文提出的三维分析模型,对不同铺层的含孔层合板预测了剩余拉伸强度和进行了损伤演化过程的模拟;对不同能量冲击后层合板的剩余拉伸强度进行了预测,模拟了在拉伸载荷作用下的失效过程。