准静态压痕力作用下复合材料层压板的损伤阻抗分析

论文摘要

随着先进复合材料在飞机上的广泛应用,其损伤问题也越来越多的得到研究人员的重视。层压板的损伤阻抗作为衡量材料属性的重要指标也正是在这一背景下产生的。本文对复合材料层压板的损伤阻抗进行了比较深入系统的实验与理论研究,获得了如下几个方面的研究成果(1)通过对准静态压痕实验结果的分析,总结给出了材料的破坏机理以及影响材料损伤阻抗的重要参数。(2)采用经典层压板理论和接触理论对准静态压痕实验的起始分层力和最大接触力进行了理论预测,分析结果与实验数据的比较表明本文的理论预测方法可用于损伤阻抗的初步评定。(3)在商业有限元软件ABAQUS的基础上,根据材料的本构关系,编制其相应的用户子程序,并以此为基础建立了数值模型。开发时引入了单层和分层失效准则,利用刚度退化的方法对层压板模型进行渐进损伤分析。通过对比若干种层压板在准静态集中载荷作用下的实验数据和损伤过程的数值模拟结果,发现本文的数值方法能够较好的模拟损伤的累积过程,而且对损伤阻抗的预测具有较高的精度。(4)在渐进损伤分析的基础上,进一步结合接触理论对压痕深度进行了预测。结果表明,不同边界条件下相同压痕力对应的压痕深度几乎相同,边界条件对压痕的影响很小,压痕深度主要取决于接触区层压板的局部刚度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 低速冲击的等效方法
• 1.2.2 准静态实验研究
• 1.2.3 准静态过程的数值模拟
• 1.2.4 集中准静态压痕力作用下的压痕研究
• 1.2.5 目前研究存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 层压板静压痕实验简介和破坏机理分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验件和实验方法简述
• 2.2.1 材料体系和试样铺层
• 2.2.2 静压痕实验
• 2.2.3 热分层实验
• 2.3 实验结果分析
• 2.3.1 不同加载方式比较
• 2.3.2 压痕深度与压痕力关系
• 2.3.3 位移与接触力曲线关系
• 2.3.4 静压痕实验破坏机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 层压板在准静态压痕力作用下破坏的理论预测
• 3.1 引言
• 3.2 分层起始载荷的预测
• 3.2.1 基于层间剪切强度的分层起始载荷的预测
• 3.2.2 预测结果与分析
• 3.3 最大接触力预测
• 3.3.1 基于最大应变准则的最大接触力预测
• 3.3.2 预测结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于渐进损伤分析的损伤阻抗的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 复合材料层压板失效准则分析
• 4.2.1 复合材料层压板的铺层失效准则
• 4.2.2 复合材料层压板的分层失效准则
• 4.3 ABAQUS 二次开发流程
• 4.3.1 ABAQUS 用户子程序二次开发基本原理概述
• 4.3.2 子程序的基本功能和接口
• 4.3.3 UMAT 子程序的开发流程
• 4.4 复合材料渐进损伤分析的理论基础
• 4.5 数值结果和实验结果的比较分析
• 4.5.1 对文献[42]的实验结果的模拟
• 4.5.2 对文献[41]的实验结果的模拟
• 4.5.3 对本文的实验结果的模拟
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于渐进损伤分析的大压痕深度的理论预测
• 5.1 引言
• 5.2 横观各向同性半空间体的接触理论
• 5.3 复合材料层压板三维弹性常数分析理论
• 5.4 刚度折减准则
• 5.5 压痕深度预测方法
• 5.6 结果与分析
• 5.6.1 T700S/5228 层压板
• 5.6.2 T700S/5228 层压板
• 5.6.3 T300/NY9200Z 层压板（φ75mm 圆孔简支）
• 5.6.4 T300/NY9200Z 层压板（φ127mm 圆孔简支）
• 5.6.5 T700/QY9511 层压板
• 5.6.6 T700/BA9912 层压板
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.1.1 分析方法
• 6.1.2 层压板的破坏机理
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的学术论文