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含塑性单层的纤维金属层板的层间应力与本构关系研究

赵亮  
【摘要】:纤维金属层板是一种新型的力学性能优异的超混杂复合材料,它结合了纤维/树脂复合材料和金属材料的损伤容限高、抗疲劳性能好、耐冲击等优点,因而在航空领域有广阔的应用前景。 本文基于复合材料经典层合理论,对纤维金属层板的层间残余应力进行了分析。首先建立了纤维金属层板的简化模型,分析纤维金属层板在二维状态下的层间应力,对层间应力的剪应力和正应力进行正弦和余弦级数展开,利用最小功原理求解得到了层间应力的级数解。在此基础上,推导出三维应力状态下的层间应力表达式;同时利用有限元分析,借助于ANSYS有限元分析软件,对纤维金属层板进行建模,对层板加工过程中的温度和力学环境进行模拟,对模型进行网格划分、求解,得出了纤维金属层板层间应力的计算机模拟结果;为验证模拟结果,制备了多组纤维金属层板试样以计算层合板的层间应力。结果对比证实了本文对纤维金属层板层间应力的计算结果是比较精确的。 纤维金属层板的金属层在加工过程中因受层合板自身层间应力及外界载荷作用产生塑性变形,导致金属在塑性区时的层合板的力学本构关系发生变化。为准确表征此状态下纤维金属层板的力学性能,本文对金属层建立了不同的简化模型,得到了金属层在塑性区时纤维金属层板的力学性能本构关系。 本文研究了纤维金属层板在成型过程中的层间应力,以及在层间应力及外载荷作用下纤维金属层板的金属层发生塑性变形时的力学本构关系。对纤维金属层板的制备有重要意义。


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