论文摘要
分层损伤是热塑性复合材料AS4/PEEK层合板失效破坏的重要原因之一,对弯曲载荷下层间应力、应变及位移和自由边缘效应的定量分析是评价该层合板结构失效及破坏的重要基础。本文在C.T.Sun等人单参数弹塑性本构关系的基础上,推导了相应的有限元列式,编写了相应的ABAQUS用户子程序。建立了[0/90]3s、[±25]s4和[0/±45/90]2s层合板的有限元模型,在弯曲载荷下,分析了这些层合板的层间应力、应变及位移和自由边缘效应;给出了层间应力、应变及位移在长度方向x,宽度方向z及厚度方向y的分布。结果表明:在弯曲时,三种层合板在受拉和受压一侧都存在明显的自由边缘效应;对[±25]s4层合板,层间剪应力在±25层间自由边缘处有较高的应力集中,是分层的主要原因。利用子模型技术,建立了含纤维-基体两相材料的细观层间弹塑性子模型,分析了AS4/PEEK层合板在弯曲时,自由边缘分层对几何层间附近纤维-基体界面应力分布的影响。结果表明:在几何层间界面处,相邻纤维之间的纤维-基体界面附近的应力值较大;自由边缘效应在靠近自由表面半个单胞直径范围内急剧影响层间应力分布;纤维离几何层间界面越近,纤维-基体界面附近的应力越大。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 先进复合材料研究背景1.1.1 先进复合材料简述1.1.2 纤维增强复合材料本构关系的研究历史1.1.3 纤维增强层合板复合材料弯曲问题研究1.2 AS4/PEEK 复合材料层合板研究现状1.2.1 数值研究方面1.2.2 实验研究方面1.2.3 实验室经验积累1.3 本文的主要研究工作第二章 AS4/PEEK 热塑性层合板的本构关系2.1 经典的塑性增量本构关系理论2.1.1 Prandtl-Reuss 理论（对理想弹塑性材料）2.1.2 Levy-Mises 理论（对理想刚塑性材料）2.1.3 塑性位势理论2.2 经典的塑性屈服准则2.2.1 特雷斯卡（Tresca）准则2.2.2 米赛斯（Von-Mises）屈服准则2.2.3 杜拉克－普拉格（Drucker-Prager）屈服准则2.2.4 希尔（Hill）正交各向异性屈服准则2.3 SUN 提出的关于AS4/PEEK 层合板的弹塑性本构关系2.3.1 等效应力（σ|-）及等效塑性应变增量dε表达式2.3.2 应变率（ε|·）对本构关系参数A 及n 的影响2.3.3 温度对本构关系参数A 及n 的影响2.3.4 AS4/PEEK 单层板的Off-axis 实验第三章 AS4/PEEK弹塑性本构关系有限元列式推导及ABAQUS用户子程序编制3.1 ABAQUS 概述3.2 ABAQUS 中塑性应变张量求解理论3.2.1 Mises 塑性应变张量3.2.2 C.T.Sun 塑性应变张量3.3 材料非线性的弹塑性计算问题3.3.1 弹塑性计算方法概述3.3.2 ABAQUS 中各向同性材料的弹塑性矩阵3.3.3 横观各向同性材料A54/PEEK（C.T.Sun）的弹塑性矩阵3.4 材料的强化理论3.4.1 基本的强化理论3.4.2 ABAQUS 中强化问题的处理方法3.4.3 ABAQUS 中强化理论的表达3.5 ABAQUS 软件中的用户子程序3.5.1 ABAQUS 用户子程序概述3.5.2 用户材料子程序UMAT 概述3.5.3 UMAT 在ABAQUS 中的调用过程3.5.4 用户子程序的使用小技巧第四章 AS4/PEEK 热塑性层合板弯曲的层间行为分析4.1 AS4/PEEK 单层板的三维各向异性材料性能3S 层合板三点弯曲的层间效应及自由边缘效应'>4.2 [0/90]3S层合板三点弯曲的层间效应及自由边缘效应3S 三点弯有限元模型'>4.2.1 [0/90]3S三点弯有限元模型3S 三点弯模型离散网格'>4.2.2 [0/90]3S三点弯模型离散网格4.2.3 在x=0 横截面处层间效应分析4.2.4 在z=b 处自由边缘效应分析S4 层合板三点弯曲的层间效应及自由边缘效应'>4.3 [±25]S4层合板三点弯曲的层间效应及自由边缘效应S4 三点弯有限元模型'>4.3.1 [±25]S4三点弯有限元模型S4 三点弯模型离散网格'>4.3.2 [±25]S4三点弯模型离散网格4.3.3 在x=0 横截面处层间效应分析4.3.4 在z=b 处自由边缘效应分析2S层合板三点弯曲的层间效应及自由边缘效应'>4.4 [0/±45/90]2S层合板三点弯曲的层间效应及自由边缘效应2S 三点弯有限元模型'>4.4.1 [0/±45/90]2S三点弯有限元模型2S 三点弯模型离散网格'>4.4.2 [0/±45/90]2S三点弯模型离散网格4.4.3 在x=0 横截面处层间效应分析4.4.4 在z=b 处自由边缘效应分析4.5 本章小结第五章 厚层合板弯曲层间细观行为的数值分析5.1 AS4 纤维和PEEK 基体的材料参数5.2 不同层间细观子模型数值分析5.2.1 0/90 层间细观子模型5.2.2 -25/25 层间细观子模型5.2.3 -45/90 层间细观子模型5.3 0/90 富树脂层效应分析5.4 本章小节第六章 全文总结6.1 工作总结6.2 主要结论6.3 进一步工作参考文献发表论文和参加科研情况说明致谢
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