热塑性复合材料AS4/PEEK非线性率相关三维数值分析与实验研究

【摘要】：热塑性复合材料AS4/PEEK层合板在航空、航天等领域应用广泛。大量的实验研究表明,对于AS4/PEEK层合板,由于PEEK基体韧性的提高,在拉伸及其它复杂载荷下,表现出较强的和变形速率相关的非线性行为,层间分层破坏是其重要的基本破坏形式之一,为弄清其破坏机理,计算其层间应力分布并进行相应的实验研究是极为重要的。 本文对厚的AS4/PEEK层合板[0/±45/90]2s,[±25]s4在单轴拉伸状态下不同界面上的层间应力进行了三维各向异性弹塑性数值分析。由层间应力的三维分布图,分析了不同界面上层间应力的分布特征,说明了可能引起层间分层的主要因素。并研究了不同应变率对AS4/PEEK层合板[0/±45/90]2s,[±25]s4层间应力的影响。 对角铺设层合板[±θ]s(θ分别为15,45,75)在单轴拉伸不同应变率下的界面层间应力进行了三维各向异性弹性-粘塑性分析,将层间应力以三维分布图的形式给出。并考察了应变率变化和铺设角变化对层间应力的影响。 对开孔热塑性复合材料层合板[±25]s4,[0/±45/90]2s在单轴拉伸状态下的层间应力进行了三维弹塑性分析,给出了最小横截面上各点层间应力的三维分布图,并给出了距离两自由边等距离的纵向截面上各点层间应力的三维分布图;除此而外,计算了各界面处沿孔边各点层间应力的分布曲线,分析了危险的位置。 利用数字散斑相关方法对开孔热塑性复合材料层合板[0/±45/90]2s进行了实验研究,考察了位移和应变分布的特征,以及断裂损伤的特征。并将实验的结果与相应的数值模拟结果进行了比较。 对表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维弹塑性模型和三维弹性-粘塑性模型自行编制了两套相应的有限元程序。将有限元程序的计算结果与文献的实验结果进行比较,二者吻合较好,证明了所编制程序的可靠性和有效性。利用所编制的弹塑性和弹性-粘塑性程序对AS4/PEEK层合板的位移、应变和应力进行了定量研究。