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复合材料分层损伤的数值模拟

刘红霞  
【摘要】:分层是复合材料层合板的主要破坏形式,而分层破坏主要发生在层合板界面层上,因此有必要对复合材料界面层的力学性能进行分析,掌握其破坏规律。为此,本文采用基于内聚力模型的界面元对复合材料分层损伤进行了数值模拟,主要进行了以下几个方面的工作: 1.以虚功原理为基础推导了界面元离散模型的支配方程,对界面元的分层原理进行了说明。 2.分别对测试复合材料Ⅰ型断裂韧性的双悬臂梁弯曲试验DCB和测试Ⅱ型断裂韧性的端边切口试验ENF以及测试复合材料混合型断裂韧性的MMB试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比,验证了采用界面元方法模拟复合材料分层损伤的可行性。 3.采用测试Ⅰ、Ⅱ混合型层间断裂韧性的混合模式弯曲试验进行了模拟,对混合率为50%的混合弯曲试验进行模拟时,采用混合破坏准则B-K准则,并对B-K准则中的参数η进行了讨论,结果表明,η的选取对模拟结果的精度有一定的影响。在对混合率为80%的混合弯曲试验进行模拟时,分别采用B-K准则及幂指数准则作为界面元失效判据,并将结果进行了对比,用B-K准则作为失效判据的模拟结果比用幂指数作为失效判据的模拟结果与试验结果更接近。 4.在以上分析结果的基础上对复合材料的单搭接问题进行了分析。讨论了搭接长度、搭接厚度对界面层强度的影响。并对单搭接处有胶层厚度的界面层和胶接中面上的应力分布进行了分析。


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