文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
含孔复合材料层合板剩余强度预测方法研究
姓名:毛哲六
申请学位级别:硕士
专业:动力机械及工程
指导教师:崔海涛
20080101
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
随着先进复合材料越来越多地应用在航空结构上,复合材料层合结构不可避
免地存在各种各样的孔。对含孔复合材料结构和破坏规律等进行研究,具有重要
的工程实际意义,而疲劳载荷作用下含孔层合板剩余强度的研究则是其中重要的
研究内容之一。
本文在简要介绍疲劳载荷下含孔层合板的剩余强度预测方法基础上,首先建
立了基于孔边应力法的剩余强度预测方法。分析获得了疲劳载荷作用下含孔层合
板孔边的应力分布,发展了含孔层合板的平均应力破坏准则,建立了基于孔边应
力法的含孔层合板剩余强度预测模型。此模型形式简单,易于应用。但是,模型
中相关参数与铺层方式、孔径大小有关,需要通过试验确定,这使得其通用性受
到一定程度的限制。
为了提高对含孔层合板剩余强度的预测能力,本文进一步提出并建立了基于
疲劳逐渐累积损伤理论的含孔层合板的剩余强度预测方法与技术。根据载荷及时
间增量原理,推导了含孔层合板在疲劳及静载加载条件下,考虑逐渐累积损伤的
虚功方程;采用三维失效准则进行材料的损伤判定,并考虑了基体开裂、基纤剪
切、层间分层和纤维断裂等七种损伤失效模式;本文分析了在纵向疲劳载荷作用
下,无孔单向层合板材料性能随疲劳循环数增加先单调递增后递减的变化趋势
后,引入 Shokrieh 的改进材料性能退化模型模拟材料的逐渐累积损伤规律,对
单元的失效采用材料性能突降模型进行退化,从而建立了基于累积损伤理论的
含孔层合板剩余强度预测方法。在此基础上,以有限元软件 ANSYS 为平台,使用
APDL 语言编写了含孔层合板剩余强度预测程序。该程序可以预测不同孔径和任
意铺层的含孔层合板剩余强度,提高了对含孔层合板剩余强度的预测能力。
最后,对所建立的两种预测模型和方法进行试验验证和分析。结果表明:两
种模型预测得到的含孔层合板剩余强度均随疲劳循环数的增加而升高,该趋势与
试验结果吻合;剩余强度的最大预测误差为 16%,表明本文提出的两种预测方法
是有效的。
关键词:复合材料,含孔层合板,剩余强度,孔边应力法,逐渐累积损伤
I
含孔复合材料层合板剩余强度预测方法研究
ABSTRACT
With the posite materials being widely used in aeronautic
structures, there are various notches in structures. It is important to investigate on the
structure and the damage theory of posite is more practical
and important to research on residual strength for posite laminates after
low cycle fatigue load.
In this paper, the research methods of residual strength of notched laminates
prediction are represented. Based on the macroscopical phenomenological theory, a
hole-edge stress method of predicting the residual strength of notched laminates is
established. The theory contains two parts, . analysis of the stress distribution of
notched laminates and fatigue stress fracture criterion. The method is simple and easy
to apply. However, because some parameters in the model need to be fitted on the
base of experiment, it can not be wildely used.
In order to improve predicted capacity of residual strength, a progress