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多材料、多界面体系的断裂特性分析

徐浩  
【摘要】: 大型结构的多材料连接区的断裂特性分析是评价整个结构可靠性的关键因素,本文针对含有橡胶材料的多材料、多界面构件进行断裂分析。首先,基于增量加载的逐步线性化方法,提出了一种同时考虑材料非线性与几何非线性的虚裂纹闭合技术,通过与已有文献的数值对比,证明了该技术的可靠性。在此基础上,建立了含橡胶夹层的复合材料层合板SLB模型,计算了不同材料匹配下的能量释放率及其各型分量。最后,对由金属-橡胶-复合材料组成的多材料构件的断裂特性进行了分析,讨论了组分材料性质,裂纹位置和构件尺寸对能量释放率的影响,并建立相应的起裂准则。 通过分析和讨论,得到了以下结论: (1)改进的虚裂纹闭合技术可以同时考虑构件材料非线性和几何非线性的特征,计算方法简便。通过对橡胶材料断裂区的能量释放率总量及其分量的计算可知,在橡胶构件的一定伸长量范围内,该方法有较高的计算精度和计算效率。 (2)在复合材料层合板SLB模型中,由于橡胶层的加入,使材料的不匹配性加强,不仅导致Ⅱ型分量的比例呈现明显增大,而且能量释放率总量也随之增大。同时,随着裂纹长度的增加,能量释放率总量及其分量均呈增加趋势。 (3)金属-橡胶-复合材料组成的多材料圆柱壳构件的断裂特性分析可知,内层界面前缘的能量释放率要明显大于外层界面前缘的能量释放率,而缠绕层厚度改变对裂纹能量释放率影响要比外层缠绕层的高度变化大。 本文工作将对工程结构的设计和分析研究具有参考价值。


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