论文题目: 热塑性复合材料AS4/PEEK非线性率相关三维数值分析与实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 丁淑蓉
导师: 佟景伟
关键词: 热塑性复合材料,三维弹塑性,三维粘塑性,数值模拟,数字散斑相关法,圆孔,有限元法
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 热塑性复合材料AS4/PEEK层合板在航空、航天等领域应用广泛。大量的实验研究表明,对于AS4/PEEK层合板,由于PEEK基体韧性的提高,在拉伸及其它复杂载荷下,表现出较强的和变形速率相关的非线性行为,层间分层破坏是其重要的基本破坏形式之一,为弄清其破坏机理,计算其层间应力分布并进行相应的实验研究是极为重要的。本文对厚的AS4/PEEK层合板[0/±45/90]2s,[±25]s4在单轴拉伸状态下不同界面上的层间应力进行了三维各向异性弹塑性数值分析。由层间应力的三维分布图,分析了不同界面上层间应力的分布特征,说明了可能引起层间分层的主要因素。并研究了不同应变率对AS4/PEEK层合板[0/±45/90]2s,[±25]s4层间应力的影响。对角铺设层合板[±θ]s(θ分别为15,45,75)在单轴拉伸不同应变率下的界面层间应力进行了三维各向异性弹性-粘塑性分析,将层间应力以三维分布图的形式给出。并考察了应变率变化和铺设角变化对层间应力的影响。对开孔热塑性复合材料层合板[±25]s4,[0/±45/90]2s在单轴拉伸状态下的层间应力进行了三维弹塑性分析,给出了最小横截面上各点层间应力的三维分布图,并给出了距离两自由边等距离的纵向截面上各点层间应力的三维分布图;除此而外,计算了各界面处沿孔边各点层间应力的分布曲线,分析了危险的位置。利用数字散斑相关方法对开孔热塑性复合材料层合板[0/±45/90]2s进行了实验研究,考察了位移和应变分布的特征,以及断裂损伤的特征。并将实验的结果与相应的数值模拟结果进行了比较。对表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维弹塑性模型和三维弹性-粘塑性模型自行编制了两套相应的有限元程序。将有限元程序的计算结果与文献的实验结果进行比较,二者吻合较好,证明了所编制程序的可靠性和有效性。利用所编制的弹塑性和弹性-粘塑性程序对AS4/PEEK层合板的位移、应变和应力进行了定量研究。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 先进复合材料的研究现状与意义
1.2 复合材料层合板数值与实验研究概况及存在问题
1.2.1 数值研究方面
1.2.2 实验研究方面
1.3 本文的主要研究工作
第二章 基于FEPG 的有限元法
2.1 FEPG 系统简介
2.1.1 实现思想与手段
2.1.2 系统特点
2.2 偏微分方程的“弱”形式——虚位移原理
2.2.1 偏微分方程的弱解形式
2.2.2 稳态问题弱解的积分形式
2.2.3 三维线弹性小变形动态问题的“弱”形式
第三章 弹塑性本构理论及弹塑性问题的有限元法
3.1 弹塑性本构理论
3.1.1 应力空间表述的弹塑性本构理论
3.1.2 应变空间表述的弹塑性本构理论
3.1.3 两种表述的关系
3.2 弹塑性问题的有限元法
3.3 非线性方程组的解法
第四章 热塑性复合材料AS4/PEEK 的三维弹塑性分析
4.1 热塑性复合材料AS4/PEEK 的弹塑性本构关系推导及程序实现
4.1.1 三维弹塑性模型及本构表达式的推导
4.1.2 增量弹塑性有限元算法与步骤
4.1.3 有限元程序可靠性的考察
4.1.4 小结
4.2 厚热塑性复合材料AS4/PEEK 层合板[0/±45/90]_(2s)的层间应力分析
4.2.1 有限元模型与离散网格图
4.2.2 层间应力计算分析
4.2.3 小结
4.3 厚热塑性复合材料A54/PEEK 角铺设层合板[±25]_(s4)的层间应力分析
4.3.1 有限元模型
4.3.2 层间应力计算分析
4.3.3 小结
第五章 热塑性复合材料的弹性-粘塑性分析
5.1 基于FEPG 的热塑性复合材料的粘塑性有限元法
5.1.1 三维粘塑性模型和理论推导
5.1.2 粘塑性有限元理论与方法
5.1.3 程序实现的正确性和粘塑性模型有效性的验证
5.1.4 差分系数ξ的不同取值对计算结果的影响
5.1.5 不同时间步长对计算结果的影响
5.1.6 小结
5.2 热塑性复合材料层合板的层间应力与损伤机理分析
5.2.1 有限元模型
5.2.2 层间应力计算分析
5.2.3 应变率变化对热塑性复合材料层合板层间应力的影响
5.2.4 小结
第六章 数字散斑相关方法
6.1 数字散斑相关方法的原理
6.2 亚象素重建
6.3 相关运算
第七章 开孔AS4/PEEK 层合板的数值分析与实验研究
7.1 [0/ ±45/90]_(2s)AS4/PEEK 开孔层合板的弹塑性有限元分析
7.1.1 有限元计算模型
7.1.2 上表面的位移场,应变场和应力场的等值线图
7.1.3 Y=-b/2 侧表面位移、应变与应力等值线图
7.1.4 X=0 最小横截面处各点的层间应力三维图
7.1.5 Y=0 纵截面处各点的层间应力三维图
7.1.6 各界面处沿圆周的层间应力分布
7.2 [±25]_(s4)AS4/PEEK 开孔层合板的弹塑性有限元分析
7.2.1 有限元计算模型
7.2.2 上表面的位移、应变与应力等值线图
7.2.3 Y=-b/2 侧面的位移、应变与应力等值线图
7.2.4 X=0 最小横截面处各点的层间应力三维图
7.2.5 Y=0 纵截面处各点的应力三维图
7.2.6 各界面处沿圆周的层间应力分布
7.3 [0/ ±45/90]_(2s)AS4/PEEK 开孔层合板的实验研究
7.3.1 试件正面的位移场与孔边应变场
7.3.2 侧面位移与应变场
7.3.3 断裂与损伤的特征
7.3.4 小结
第八章 结论
8.1 数值分析结论
8.2 实验研究结论
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2006-05-24
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