PVC泡沫夹芯碳纤维/环氧树脂夹芯板低速冲击数值模拟
发布时间：2021-08-09 14:54
复合材料夹芯结构由于具有比强度高、比模量大、可设计性强、阻尼和吸能等特点,被广泛应用于航空航天构件、军舰壳体、高速列车车厢及建筑材料。然而复合材料夹芯结构在生产、安装、服役等过程中容易受到外来不可预知形状物体的撞击,如鸟、冰雹、沙石的碰撞,会使其内部结构产生肉眼不可观测到的损伤（比如芯材坍塌或压碎损伤）,从而会降低结构的强度和使用寿命,对结构的安全使用造成潜在威胁。因此,有必要对其在静态或者动态载荷下的变形和冲击行为进行研究,为结构的优化设计能够提供理论参考依据。本文主要在ABAQUS有限元分析软件中建立三维PVC泡沫碳纤维/环氧树脂夹芯板有限元模型。采用三维Hashin失效准则预测面板的初始失效模式、零厚度的界面粘结单元模拟不同界面间的层间损伤、可压碎泡沫塑性模型模拟PVC泡沫芯材的塑性应变行为。结合文献中的实验研究结果验证了建模方法的有效性及模型的可行性。然后分析了两种接触算法和相互作用区域网格大小对接触力-位移曲线、内能和耗散能及分层面积大小的影响。同时分析了芯材厚度、冲头形状、混杂纤维面板对耗散能和层间损伤面积大小的影响。分析结果表明:（1）通用接触和面面接触作用下,面面接触更...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 夹芯结构复合材料
1.1.1 夹芯结构复合材料背景
1.1.2 夹芯结构复合材料分类及特点
1.2 复合材料夹芯板国内外研究进展
1.3 复合材料夹芯板低速冲击有限元模拟分析
1.4 本文研究的意义
1.5 本文主要研究内容
第二章 复合材料夹芯板低速冲击损伤理论
2.1 复合材料夹芯板面板层内损伤模型
2.2 界面粘结单元
2.3 可压碎泡沫模型
2.3.1 弹性和塑性行为
2.3.2 可压碎泡沫体积硬化模型
第三章 PVC泡沫夹芯板低速冲击数值模拟分析
3.1 建模过程
3.1.1 模型的构建及独立网格的划分
3.1.2 材料属性的定义
3.1.3 模型部件的装配及分析步的确定
3.1.4 相互作用的设置
3.1.5 网格单元类型的定义
3.2 模型有效性验证
3.3 结果与分析
3.4 模拟参数的影响
3.4.1 接触算法对冲击响应的影响
3.4.2 冲击区域网格尺寸对低速冲击响应的影响
3.4.3 芯材厚度的影响
3.4.4 冲头形状的影响
3.5 小结
第四章 混杂纤维面板的夹芯板低速冲击响应有限元分析
4.1 芳纶纤维面板有限元分析
4.2 混杂纤维层面板的设计
4.3 混杂面板模型的构建
4.3.1 独立网格的生成
4.3.2 材料属性和定义边界条件
4.3.3 网格单元类型的定义
4.4 面板不同混杂方式的影响
4.5 本章小结
第五章 结论
5.1 结论
5.2 不足
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型[J]. 李念,陈普会. 力学学报. 2015(03)
[2]层合板层间断裂分析的组合界面单元及其特性[J]. 李彪,李亚智,刘向东,苏杰. 复合材料学报. 2013(05)
[3]复合材料层压板低速冲击响应比例效应数值模拟研究[J]. 陈亚军,于哲峰,汪海. 固体力学学报. 2012(06)
[4]纤维增强复合材料层板高速冲击损伤数值模拟[J]. 古兴瑾,许希武. 复合材料学报. 2012(01)
[5]蜂窝式夹层板耐撞性能研究[J]. 张延昌,王自力. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2007(03)
[6]蜂窝夹层结构复合材料特性及破坏模式分析[J]. 沃西源,夏英伟,涂彬. 航天返回与遥感. 2005(04)
[7]新型高性能纤维——芳纶[J]. 余艳娥,谭艳君. 高科技纤维与应用. 2004(05)
[8]基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展[J]. 谢和平,彭瑞东,周宏伟,鞠杨. 自然科学进展. 2004(10)
[9]三维多向编织复合材料非线性本构行为的细观数值模拟[J]. 庞宝君,杜善义,韩杰才,王铎. 复合材料学报. 2000(01)
硕士论文
[1]冲击状态下泡沫夹芯板的模拟及实验研究[D]. 吴宏宇.南京航空航天大学 2013
[2]复合材料泡沫夹层结构低速冲击后的面内力学性能研究[D]. 谭年富.上海交通大学 2012
[3]泡沫夹层结构复合材料低速冲击损伤阻抗特性[D]. 蔡建丽.南昌航空大学 2011
[4]复合材料泡沫夹层板极限承载能力研究[D]. 史文华.上海交通大学 2011
[5]整体中空夹层复合材料低速冲击性能的研究[D]. 周红涛.江南大学 2009
本文编号：3332277
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 夹芯结构复合材料
1.1.1 夹芯结构复合材料背景
1.1.2 夹芯结构复合材料分类及特点
1.2 复合材料夹芯板国内外研究进展
1.3 复合材料夹芯板低速冲击有限元模拟分析
1.4 本文研究的意义
1.5 本文主要研究内容
第二章 复合材料夹芯板低速冲击损伤理论
2.1 复合材料夹芯板面板层内损伤模型
2.2 界面粘结单元
2.3 可压碎泡沫模型
2.3.1 弹性和塑性行为
2.3.2 可压碎泡沫体积硬化模型
第三章 PVC泡沫夹芯板低速冲击数值模拟分析
3.1 建模过程
3.1.1 模型的构建及独立网格的划分
3.1.2 材料属性的定义
3.1.3 模型部件的装配及分析步的确定
3.1.4 相互作用的设置
3.1.5 网格单元类型的定义
3.2 模型有效性验证
3.3 结果与分析
3.4 模拟参数的影响
3.4.1 接触算法对冲击响应的影响
3.4.2 冲击区域网格尺寸对低速冲击响应的影响
3.4.3 芯材厚度的影响
3.4.4 冲头形状的影响
3.5 小结
第四章 混杂纤维面板的夹芯板低速冲击响应有限元分析
4.1 芳纶纤维面板有限元分析
4.2 混杂纤维层面板的设计
4.3 混杂面板模型的构建
4.3.1 独立网格的生成
4.3.2 材料属性和定义边界条件
4.3.3 网格单元类型的定义
4.4 面板不同混杂方式的影响
4.5 本章小结
第五章 结论
5.1 结论
5.2 不足
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型[J]. 李念,陈普会. 力学学报. 2015(03)
[2]层合板层间断裂分析的组合界面单元及其特性[J]. 李彪,李亚智,刘向东,苏杰. 复合材料学报. 2013(05)
[3]复合材料层压板低速冲击响应比例效应数值模拟研究[J]. 陈亚军,于哲峰,汪海. 固体力学学报. 2012(06)
[4]纤维增强复合材料层板高速冲击损伤数值模拟[J]. 古兴瑾,许希武. 复合材料学报. 2012(01)
[5]蜂窝式夹层板耐撞性能研究[J]. 张延昌,王自力. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2007(03)
[6]蜂窝夹层结构复合材料特性及破坏模式分析[J]. 沃西源,夏英伟,涂彬. 航天返回与遥感. 2005(04)
[7]新型高性能纤维——芳纶[J]. 余艳娥,谭艳君. 高科技纤维与应用. 2004(05)
[8]基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展[J]. 谢和平,彭瑞东,周宏伟,鞠杨. 自然科学进展. 2004(10)
[9]三维多向编织复合材料非线性本构行为的细观数值模拟[J]. 庞宝君,杜善义,韩杰才,王铎. 复合材料学报. 2000(01)
硕士论文
[1]冲击状态下泡沫夹芯板的模拟及实验研究[D]. 吴宏宇.南京航空航天大学 2013
[2]复合材料泡沫夹层结构低速冲击后的面内力学性能研究[D]. 谭年富.上海交通大学 2012
[3]泡沫夹层结构复合材料低速冲击损伤阻抗特性[D]. 蔡建丽.南昌航空大学 2011
[4]复合材料泡沫夹层板极限承载能力研究[D]. 史文华.上海交通大学 2011
[5]整体中空夹层复合材料低速冲击性能的研究[D]. 周红涛.江南大学 2009
本文编号：3332277
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