复合材料层合板可靠性建模与分析

发布时间：2020-05-28 12:42

【摘要】：作为机械轻量化设计的重要选材之一,纤维增强复合材料在工程装备与产品中的应用日益广泛。对于复合材料层合板,由于复合材料组分材料存在各向异性和较大的性能分散性,在强度分析时,受到载荷、环境和层合结构等诸多不确定因素的影响,需要考虑较多的随机变量,通常情况下随机变量的统计信息与正态分布不尽相符,多呈非正态分布;基于层合单元的蔡-希尔强度准则和蔡-吴强度准则的功能函数多为非线性函数;层合板的失效单元之间以及各失效路径之间均存在失效相关性;此外在层合板失效过程中,往往伴随着载荷的转移和再分配等问题。这些给复合材料层合板的可靠性分析带来了一定困难,传统的可靠性分析方法并不能有效解决这些难题。因此,对复合材料层合板可靠性分析方法的研究至关重要。首先,介绍了复合材料层合板可靠性分析的国内外研究进展,由于复合材料层合板可靠性分析涉及多变量、非正态、非线性功能函数和失效相关性等问题。针对分析难题引入通用生成函数法,提出了复合材料层合板可靠性分析的通用生成函数法。其次,分别构造描述载荷、抗力和抗力序列等概率分布的通用生成函数,定义相应通用生成函数的复合算子。通过通用生成函数的复合运算,根据复合材料层合板的首/终层失效假定,结合层合单元的Tsai-Hill强度理论,建立层合板可靠性分析模型。该方法适用于含有众多随机变量(包含非正态随机变量)且功能函数为非线性的结构系统可靠性分析,考虑了层合板失效路径之间因含有共同失效单元,以及失效路径内部各失效单元因共享同一随机载荷源而引起的失效相关性,通过K-means聚类和同类项合并技术显著缩减了计算成本从而提高效率。结合本方法给出具体算例,分析结果表明:可靠度值与传统一次可靠度方法相比更接近蒙特卡罗法仿真结果。最后,对具体的玻璃/环氧树脂(1200tex/NPES-901)层合板进行拉伸试验,获得材料参数。基于首层失效假定,对铺设角为(90°/0°/90°)的层合板,进行了理论可靠性仿真。在不同拉伸载荷作用下,对铺设角为(90°/0°/90°)的层合板进行了单向拉伸实验,试验的可靠度结果与理论仿真结果进行了对比,验证了本方法的准确性。
【图文】：

45图5-1 试样的形状和尺寸图5-2 实验试样示意图5.2.2 实验设备一、MTS810 的拉伸实验机型号为MTS810的拉伸实验设备如图5-3所示。该拉伸试验机的最大加载力为10t，满足复合材料层合板试样的拉伸要求。试验机与PC相连接，控制MTS的拉伸、压缩及夹紧等工作。试验机在拉伸过程中，可通过引伸计反馈信息到PC，从而可以实时监测试件的形变、载荷及应力值。该试验机还可以进行二次开发，添加复合材料实验模块，可以实时监测试件的剩余刚度变化，方便数据的采集和处理[51]。引伸计的装夹如图5-3所示。装夹引伸计时需注意：由于试样在试验过程中会产生轴向变形和微小的震动，为了保证引伸计能牢牢地固定在试样表面，因此实验前，需使用橡皮筋在外部对其固定

江苏理工学院硕士学位论文料的形变和应变[52-53]，具有材料性能测试、疲劳试验、强度试验等功能。该设备采用数字图像相关技术(DIC)，，测量范围覆盖从几毫米的试样到数十米件，在静态或动态负载情况下，可测量出零件全表面的三维形变和应变分布
【学位授予单位】：江苏理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

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本文编号：2685255