文档介绍：第卷第期年月科学技术与工程. . .
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航空航天
复合材料层合板在低速冲击作
用下的损伤分析
,
张丽李亚智张金奎
西北工业大学航空学院,西安
摘要进行了复合材料层合板在低速冲击载荷作用下的损伤模拟数值分析。建立了实体单元与界面单元相结合
的有限元分析模型。建立了面内和层间损伤逐渐累积的损伤模型,采用强度准则和适当的刚度退化方案表征基体与纤维的各
种面内损伤形式。根据基于应变的失效准则和能量释放率准则来判断分层损伤的起始和扩展,以界面单元的失效表征分层扩
展。实例计算结果和实验结果对比分析表明,本文所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。
关键词复合材料层合板冲击损伤界面元数值模拟
中图法分类号. 文献标志码
层合复合材料具有比强度高、比刚度高、材料可展过程,但他以应力更新作为材料参数退化方式,很
设计性等优点,在现代航空结构中得到了广泛应用。难反映出材料自身性能的退化。和运
但由于其沿厚度方向的性能不连续、层间强度较低, 用能量刚度退化方法来预测碳纤维/环氧基复合材
使得其低速冲击损伤成为工程实际中十分关切并得料的损伤特性,但没有考虑层间分层失效。
到广泛研究的问题。由于复合材料层合板在冲击载则使用模拟不同铺层的层
荷作用下的损伤过程很复杂,目前还没有精确的解间区域,较好地预测了分层损伤的位置、形状和大
析解,通常是采用数值模拟方法求解。国内外许多小。但是该方法没有考虑面内损伤的影响,而事实
学者借助有限元方法,根据失效模式的假设不同,先上面内损伤对层间分层影响很大。
后提出了基于各种失效准则的复合材料层合板在冲基于有限元方法,根据复合材料层合板的损伤
击作用下的损伤分析模型,来预测复合材料结构的特征,将复合材料层合板看作是由宏观材料性能相
冲击损伤。层合板的失效过程是损伤不断累积、刚同的单层板通过界面粘结而成的一种结构,建立了
度逐渐退化、应力不断重新分布的动态过程。近年考虑层内损伤的单层板的逐渐累积损伤分析模型和
来,又提出了逐渐累积损伤模型和基于考虑层间分层损伤的层间界面分层损伤模型,来预
的层间分层模型,有利于表征层合板内部产生损伤测复合材料层合板在冲击作用下的损伤。模拟结果
后载荷的重新分布和各种损伤的扩展过程。与实验结果进行对比,说明了所采用的建模和计算
等¨,分析了层合方法的合理性。
板受到冲击后,基体开裂和分层等损伤的起始和扩
面内损伤及失效准则
年月日收到
第~作者简介:张一,女,陕西合阳人,西北工业大学航空在低速冲击载荷作用下,复合材料层合板面内
学院硕士,研究方向:结构疲劳断裂可靠性分析。损伤主要有纤维断裂、基体开裂等形式。文献
期张丽,等:复合材料层合板在低速冲击作用下的损伤分析
作者认为实际情况下,当失效准则满足后,复合材料量乘以相应的退化系数。参数退化通过
的应力和刚度并不迅速下降,而是一个逐渐退化的的用户子程序实现。子程序主要从
过程。然而,当结构内部产生损伤后,应力变化剧/主程序中调入上一个增量步的应
烈,不再适合使用基于应力描述的准则来预测复合力、状态变量和当前增量步的应变增量,计算出当前
材料层合板的冲击损伤。而应变在复合材料结构发增量