文档介绍：中国民航大学
硕士学位论文
复合材料层合板脱层损伤研究
姓名:蔡宇
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:徐建新;卿光辉
20080229
摘要复合材料层合板结构作为一种先进的结构在工程领域中有着非常广泛的应用。由于这类结构显层性,涉及到多个界面,在外界因素作用下会出现脱层现象,即脱层损伤。因此,复合材料层合板脱层损伤问题一直是材料界和力学界研究的热点问题。本文应用正则方程理论及其半解析法研究了复合材料层合板脱层损伤问题。首先,基于正则方程半解析法理论,应用两种方法详细推导了元素的固支、简支边界公式和对称边界公式。其次,建立了复合材料层合板在各种边界条件下的三维模型。通过与P进行比较,证实了正则方程半解析法的模型是有效、准确的;并且随着网格的加密,正则方程半解析法的收敛速度快于一般传统位移有限元法;对称解法的效率明显优于整体解法,这就补充了正则方程半解析法有关对称问题的理论。后合模型:用同一种平面元素离散上下板,分别建立其线性方程组;考虑到两板连接界面上应力和位移的连续性,联立两者的线性方程组导出整个结构的控制方程组。主要优越性表现为:考虑到了结构的剪切变形等因素,在厚度方向上是解析法,充分利用了正则方程半解析法诸多的优越性。并在传统的能量释放率理论的基础上,本文关键词:复合材料层合板;正则方程;半解析法;脱层;先分后合模型;能量最后,在半解析法的基础上,针对脱层损伤复合材料层合板、发展了一个新的先分提出了一种基于正则方程半解析法的数值分析法。释放率;中国民航大学硕上学位论文
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导师签名寻萋至些日期:研究生签名:盘研究生签名:彩≥期:呈:垦:呈:孑中国民航大学学位论文使用授权声明中国民航大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证二持而使用过的材料。与我一同工作的同志中国民航大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布ǹ论文的全部或部分内容。论文的公布ǹ授权中国民航大学研究生部办理。知,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成果,对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
第一章绪论研究背景以及意义复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。世纪年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料壮撇AЦ,从此出现了复合材料这一名称。年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为:⒔ǜ髦窒宋銮刻逯糜诨宀牧夏诟春隙伞H缦宋銮克芰稀⑾宋銮拷鹗⑿灾什煌谋砻娌牧虾托静淖楹隙伞Mǔ1砻娌牧锨慷雀摺⒈。恍静闹是帷强度低,但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种;⒂仓氏噶>确植加诨逯校缑稚⑶炕辖稹⒔鹗籼沾傻龋⒂闪街只蛄街忠陨显銮肯嗖牧匣煸佑谝恢只逑嗖牧现泄钩伞S肫胀ǖピ銮肯复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、耐磨性、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在媸比阅鼙3肿愎坏那慷群湍A俊L蓟柘宋腩迅合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合,使用温度可达℃,比超合金涡轮叶片的使用温度高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨,构成耐烧蚀材料,已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小,用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与