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纯剪载荷下埋植元件复合材料层合板失效的研究

徐一轩  
【摘要】:含有埋植元件的复合材料层合板是工程领域近年来应用较为广泛的结构,特别是在航空航天领域发展极为迅速,但由于其结构较为复杂,其剪切载荷下的失效成为关注的焦点。为保证其在工程中安全使用,需要进行相关的试验和分析研究。 本文首先对复合材料简单层板的四大经典强度理论,即最大应力准则,最大应变准则,蔡-希尔理论,蔡-吴张量理论进行了详细的介绍。 其次,利用ANSYS有限元分析软件,分别对一般复合材料层合板、单片式埋植的复合材料层合板以及阵列式埋植的复合材料进行有限元仿真,通过对三者仿真结果进行对比,肯定了元件的埋植对于层合板力学性能的显著影响,同时得出在剪切载荷下埋植元件的层合板其应力集中的相关情况,为试验的进行提供数值依据。 再次,为进行纯剪载荷试验,设计了能够基本实现纯剪边界条件的试件夹具,利用仿真的相关结果,对试件的应变传感器布置进行了一定的优化。加载试验选择步进式恒载荷加载方式,进行纯剪状态下的破坏性试验。利用试验所得数据绘制载荷-应变和位置-应变曲线图,分析相关数据,确定层合板大体应力应变分布。同时获得两者在试验条件下的极限载荷,以及分析可知的大致屈曲点。 最后,通过一般复合材料层合板与含有埋植元件的复合材料层合板其失效机理加以比对,并阐述刚度退化模型的相关原理。最终确定了含有埋植元件的复合材料层合板所适用的失效判定方法。


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