基于弹塑性损伤本构模型的复合材料层合板破坏荷载预测
本文选题:复合材料本构模型 + 渐进失效分析 ; 参考:《复合材料学报》2017年04期
【摘要】:在连续损伤力学和塑性力学框架内,建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法,开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量,并推导与所开发算法相应的数值一致性切线刚度矩阵,保证有限元分析采用NewtonRaphson迭代法解答非线性问题的计算效率。采用断裂带模型对已开发的本构模型软化段进行规则化,以减轻有限元分析结果的网格相关性问题。对损伤变量进行粘滞规则化,并推导出相应的粘滞规则化数值一致性切线刚度张量,解决了在有限元隐式计算程序中采用含应变软化段本构关系的数值分析由于计算困难而提前终止的问题。开发包含数值积分算法的用户材料子程序UMAT,并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著塑性效应的AS4/3501-6V型开口复合材料层合板的渐进失效分析,验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示,预测结果与已报道的试验结果吻合良好,并且预测精度高于其他已有弹性损伤模型。表明已建立的弹塑性损伤本构模型能够准确预测力学行为,展现显著塑性效应的复合材料层合板的破坏荷载,为其构件和结构设计提供一种有效的分析方法。
[Abstract]:In the framework of continuous damage mechanics and plastic mechanics, a elastoplastic damage constitutive model of composite materials considering both plastic effect and damage accumulation is established. Based on the nearest point projection reflection algorithm, the strain driven implicit integral algorithm of constitutive model is developed to update the stress and the state variables related to the solution, and the numerical consistent tangent stiffness matrix corresponding to the developed algorithm is derived. The computational efficiency of the NewtonRaphson iterative method for solving nonlinear problems is guaranteed. The softening section of the developed constitutive model is regularized by using the fault zone model to alleviate the mesh correlation problem of the finite element analysis results. The damage variable is subjected to viscosity regularization and the corresponding numerical consistent tangent stiffness Zhang Liang is derived. In this paper, the problem of early termination of constitutive relation with strain softening section in finite element implicit calculation program is solved because of the difficulty of calculation. A user material subprogram, Umatt, which includes numerical integration algorithm, is developed and embedded in finite element program Abaqus v6.14. Based on the progressive failure analysis of AS4 / 3501-6V open composite laminated plates which show significant plastic effect on mechanical behavior, the validity of the material constitutive model proposed in this paper is verified. The results show that the predicted results are in good agreement with the reported experimental results, and the prediction accuracy is higher than that of other existing elastic damage models. It is shown that the established elastoplastic damage constitutive model can accurately predict the mechanical behavior and show the failure load of composite laminated plates with significant plastic effect. It provides an effective analysis method for the design of the members and structures.
【作者单位】: 暨南大学力学与建筑工程学院 重大工程灾害与控制教育部重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金青年项目(11502095) 广东省自然科学基金博士启动项目(2015A030310306) 中央高校基本科研业务费专项资金(暨南大学科研培育与创新基金21615306)
【分类号】:TB33
【参考文献】
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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,本文编号:2112464
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