文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028701 13-S046
学科分类号:080104

硕士学位论文

复合材料加筋结构低速冲击损伤
分析及参数化建模

研究生姓名黄达飞
学科、专业工程力学
研究方向工程建模与计算机仿真
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О一二年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering

Research on Low-velocity Impact Damage of
Stiffened Laminate and Parametric Modeling

A Thesis in
Engineering Mechanics

by
Huang Dafei
Advised by
Prof. Zhou Chuwei

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

December, 2012
承诺书

本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下
进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和
致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究
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位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部
分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描
等复制手段保存、汇编学位论文。
(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
复合材料层合板和加筋结构在飞行器中有广泛应用,但其层间性能薄弱,在冲击荷载下易
于分层,一旦出现分层损伤,其(压缩)强度可能大大降低,并且低速冲击引起的分层损伤往
往难以目视发现,因此复合材料(层合)加筋结构的低速冲击损伤是飞行器复合材料结构设计
和安全评估中的关键问题。因其问题的复杂性,目前仍未很好解决。本文内主要的研究容如下:
(1) 以 ABAQUS 软件为平台,利用脚本语言 Python 开发了复合材料层合板和复合材料加
筋板低速冲击的参数化建模和损伤结果的可视化系统。该系统为开放式系统,用户可以方便地
加入新的损伤分析模型,并且可以定义有限元网格的细分区域,以便在保证精度的前提下提高
计算效率。系统可输出低速冲击荷载下复合层板及加筋板中的各种损伤模式和冲击过程中接触
力-时间曲线等结果。
(2) 提出一种采用一个块体单元包含多层复合材料铺层的模型,模型可以考虑单个铺层各
种模式的损伤,根据每个铺层的损伤情况计算单元的各等效弹性参数,有效提高了计算效率。
该模型在 ABAQUS/Explicit 提供的用户材料 Vumat 中实现。
(3) 对复合材料层板的分层失效的 Choi-Chang 准则和 Cohesive 进行了改进,前者考虑了
沿厚度方向应力的影响,后者考虑了界面下铺层中横向应力的影响。改进的模型在 Vumat 中实
现。
(4) 用上述研究的理论和开发的参数化建模分析系统对复合材料层合板和加筋结构的低速
冲击损伤进行了模拟和分析,通过与文献中的数据比较,验证了本文方法和所开发软件的可靠
性。

关键词:复合材料层合板,复合材料加筋结构,低速冲击,损伤,有限元法

本文的研究工作得到了中国自然科学基金项目(11272147,10772078)和江苏高校优势学科
建设工程项目的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。

I
复合材料加筋结构低速冲击损伤分析及参数化建模
ABSTRACT
Composite laminates and stiffened laminates have been widely used in aircraft design. Although
various merits they possess, the low interface strength between plies have limited their applications in