文档介绍：中图分类号:+2/ 论文编号:1028701 13-S069
学科分类号:080104
硕士学位论文
弹塑性断裂过程与复合材料层板低速
冲击损伤的数值模拟
研究生姓名于飞
学科、专业工程力学
研究方向工程问题的力学建模与计算机仿真
指导教师周储伟教授
南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二〇一二年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering
Numerical Study on Elastoplastic Fracture Process and
Low-Velocity Impact Damage of posites
A Thesis in
Engineering Mechanics
By
Yu Fei
Advised by
Prof. Zhou Chuwei
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
December, 2012
承诺书
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进
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进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
本文的研究包括两部分内容:第一部将一种基于子结构和单元子划分思想的新型扩展有限
元方法发展到可模拟弹塑性材料的断裂过程,并验证了其分析精度。第二部对复合材料层合板
分层损伤模型进行了修正,数值研究了复合材料层合板低速冲击损伤过程。
第一部分:
1. 在一种子结构和单元子划分方法的新型有限元框架下,基于 ABAQUS/Standard 用户子
程序 UEL 平台,结合 J2 塑性流动法则和 Newton-Raphson 迭代格式,并引入弹塑性起裂准则和
裂纹扩展准则,首次实现了弹塑性材料任意荷载下裂纹扩展过程的扩展有限元模拟。该方法绕
过了传统扩展有限元方法构造裂纹尖端弹塑性高阶场基函数的困难,并可自然实现对粘弹性、
大变形等其他非线性断裂的模拟。
2. 用上述发展的方法分析了无限大平板中心不同倾角裂纹的初始开裂角度;计算了有限宽
度板裂尖小范围屈服下的应力强度因子;模拟了有限大平板中心裂纹和三点弯梁的弹塑性开裂
过程。验证了本文方法的合理性与精度。
第二部分:
1. 基于复合材料层合板损伤机理,对 Choi-chang 分层准则和界面粘聚区本构模型进行了修
正,并将其嵌入 ABAQUS/Explicit 用户子程序 VUMAT 中。
2. 分别用上述两个模型模拟了复合材料层合板在低速冲击载荷下的损伤,通过同已有文献
的结果对比,校验了本文模型的合理性与精度。
关键词:弹塑性,裂纹扩展,扩展有限元,单元子划分,复合材料层合板,低速冲击
本文的研究工作得到了国家自然科学基金项目(A020305,10772078)和江苏高校优势学
科建设工程项目的资助。
本文在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
ⅰ
弹塑性断裂过程与复合材料层板低速冲击损伤的数值模拟
Abstract
This thesis contains two relatively independent parts. In part one, a novel finite element
sub-partition strategy was developed to simulate crack extension in elastoplastic material. Its validity
was estimated by numerical simulati