纖維復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)由于高比強度、高比模量、制造成本較低等特點,近年來已被廣泛用于航天、航空、風(fēng)電等尖端領(lǐng)域。工件在作業(yè)時,易受外界溫度載荷影響,使得材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷,從而加速宏觀損傷裂紋的擴(kuò)散,進(jìn)而影響整體結(jié)構(gòu)的強度性能。此外影響復(fù)合材料層合板失效的因素很多,失效形式復(fù)雜,實驗數(shù)據(jù)分散,理論預(yù)測困難。因此,利用有限元方法有效地預(yù)測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下的失效載荷以及模擬局部損傷的產(chǎn)生、擴(kuò)展等過程具有非常重要的意義。本文針對復(fù)合材料層合板在不同載荷情況下出現(xiàn)的強度失效問題,首先考慮到層合板的基本組成單元是單層板,單層板強度問題直接影響層合板結(jié)構(gòu)強度,而對它的宏觀力學(xué)研究又是分析層合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),需先對單層板進(jìn)行基本的靜載試驗,以獲得復(fù)合材料層合板有限元計算所需的各項工程參數(shù);其次,基于經(jīng)典層合板理論,選取Hashin損傷失效準(zhǔn)則、材料剛度退化方式,根據(jù)層合板受載情況以及鋪層順序的不同,文中建立不同的層合板模型進(jìn)行對比性分析,進(jìn)而得出不同層合板厚度、鋪層順序、孔徑大小等因素對復(fù)合材料層合板強度的影響,同時,利用有限元分析軟件對含孔層合板的每層損傷演化進(jìn)行預(yù)測,分析得出各層損傷失效趨勢差異較大;最后,考慮到復(fù)合材料組分材料性能的差異性易受溫度外載荷的影響,故對材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行在溫度載荷下的強度性能檢測,模擬分析得到在不同溫度影響下,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)各層損傷演化趨勢。通過參考大量文獻(xiàn)與前人所做試驗發(fā)現(xiàn),本文利用有限元分析軟件所建立的復(fù)合材料層合板的幾何模型以及漸進(jìn)性損傷分析方法是正確的。文中利用此方法探討了不同影響因素下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的極限承載力,同時還可以清楚的了解到材料結(jié)構(gòu)的局部和整體應(yīng)力損傷分布情況以及發(fā)生損傷后載荷的重新分布和損傷擴(kuò)展途徑,為基于有限元復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的極限承載力分析、設(shè)計、維修及性能優(yōu)化提供一定的參考。
【學(xué)位單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB33;TQ327.1
【部分圖文】：

且在各領(lǐng)域得到了實踐的檢驗，這進(jìn)一步的推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展[1]。與此同時，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對于材料的各方面性能也有了更為嚴(yán)格的要求，如材料成本開支的降低、整體強度性能的提高、結(jié)構(gòu)重量的減輕等[2]。鑒于以上要求，在現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上復(fù)合材料應(yīng)運而生，它結(jié)合了其它單一材料的優(yōu)異性能繼而形成了具有強大生命力的新型材料，這種新型材料被賦予了高比強度、高比剛度等優(yōu)點[3]，可以根據(jù)使用環(huán)境的不同進(jìn)行特定的設(shè)計以及加工，來滿足各種需求，進(jìn)而大大提高了工程結(jié)構(gòu)的效率。根據(jù) 2017 全球玻纖維復(fù)合材料市場報告顯示[4]，如圖 1-1 所示，玻纖維復(fù)合材料主要涉及航空航天、風(fēng)電葉片、汽車、體育休閑等領(lǐng)域。與其它傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料在整體成本、重量和性能方面與競品相比具有更高的價值，近年來，復(fù)合材料的需求與產(chǎn)能不斷提高[5]。如圖 1-2 所示，玻纖維復(fù)合材料自 2008 年開始全球需求量逐漸增長至 2017 年已突破 80 千噸，預(yù)計未來幾年需求量仍呈線性增長。

且在各領(lǐng)域得到了實踐的檢驗，這進(jìn)一步的推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展[1]。與此同時，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對于材料的各方面性能也有了更為嚴(yán)格的要求，如材料成本開支的降低、整體強度性能的提高、結(jié)構(gòu)重量的減輕等[2]。鑒于以上要求，在現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上復(fù)合材料應(yīng)運而生，它結(jié)合了其它單一材料的優(yōu)異性能繼而形成了具有強大生命力的新型材料，這種新型材料被賦予了高比強度、高比剛度等優(yōu)點[3]，可以根據(jù)使用環(huán)境的不同進(jìn)行特定的設(shè)計以及加工，來滿足各種需求，進(jìn)而大大提高了工程結(jié)構(gòu)的效率。根據(jù) 2017 全球玻纖維復(fù)合材料市場報告顯示[4]，如圖 1-1 所示，玻纖維復(fù)合材料主要涉及航空航天、風(fēng)電葉片、汽車、體育休閑等領(lǐng)域。與其它傳統(tǒng)材料相比，復(fù)合材料在整體成本、重量和性能方面與競品相比具有更高的價值，近年來，復(fù)合材料的需求與產(chǎn)能不斷提高[5]。如圖 1-2 所示，玻纖維復(fù)合材料自 2008 年開始全球需求量逐漸增長至 2017 年已突破 80 千噸，預(yù)計未來幾年需求量仍呈線性增長。

圖 1-3 損傷模型圖atra[20]對聚合物基復(fù)合材料的損傷演化模式進(jìn)行了理論推導(dǎo)出了相關(guān)的損傷演化方程，為了能將材料系起來，研究人員通過仿真軟件自帶的匯編語言進(jìn)拉伸強度與纖維的鋪層角度之間的關(guān)系時，對應(yīng)z[21]為了研究復(fù)合材料在受到連續(xù)載荷破環(huán)時裂紋合材料裂紋損傷擴(kuò)展模型。研究表明，在界面層的裂紋演化有較大的差異。LLorca[22]通過ABAQUS仿真軟件建立了復(fù)合材料模型中，粘結(jié)層單元的鋪設(shè)不是按照常規(guī)方式來設(shè)法，并且使用了該軟件中彈性接觸模塊，建立纖通過三點彎曲受載來分析復(fù)合材料纖維/基體斷裂問
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2887462