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含分层损伤复合材料结构的试验与有限元分析

董大龙  
【摘要】:复合材料结构在外部载荷作用下极易出现分层损伤进而导致结构产生分层及分层扩展,从而对结构件的力学性能造成严重影响。因此对含分层损伤复合材料结构件力学性能的研究有着非常实际的工程意义。本文从静力压缩试验和有限元模拟两个方面研究不同的预制分层和修理方式对复合材料结构件力学性能的影响。本文主要针对含分层损伤的复合材料加筋板和含孔边分层复合材料沉头螺栓连接结构,通过试验和有限元模拟研究,研究了各种分层参数、修理参数对复合材料结构力学性能的影响。具体的研究内容包括:(1)含分层损伤复合材料加筋板的静力压缩试验研究。针对含预制分层的复合材料加筋板及其修理件进行轴向压缩试验。其中,分层损伤的类型包括:蒙皮预制分层和蒙皮-筋条脱粘。修理方式包括:机械修理,贴补修理和挖补修理。试验过程中记录不同试验件的极限载荷及破坏模式,并讨论了不同的损伤类型和修理方式对试验件力学性能的影响。(2)含分层损伤的复合材料加筋板的有限元仿真及影响参数分析。基于ABAQUS有限元软件,建立了含分层损伤的复合材料加筋板及修理件的有限元模型。通过试验与有限元结果的对比,验证了有限元模型的正确性。并在此基础上研究了各种分层参数、修理参数对复合材料加筋板力学性能的影响。(3)含孔边分层复合材料螺栓连接结构的试验与有限元研究。对含孔边分层的复合材料螺栓连接结构进行孔挤压试验并行进行有限元仿真。通过对比,试验与有限元的结果较为一致,从而验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对含孔边分层复合材料机械连接结构的渐进损伤过程进行分析,并研究了不同的分层参数对复合材料机械连接结构的力学性能的影响。


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