基于非局部理论的复合材料层合板损伤演化研究

发布时间：2017-07-15 20:05

  本文关键词：基于非局部理论的复合材料层合板损伤演化研究

  更多相关文章： 碳纤维复合材料层合板 非局部理论 VUMAT 冲击损伤

【摘要】：碳纤维复合材料具有比强度高和比刚度高等优点,以及优异的疲劳特性,因此纤维增强复合材料被广泛地用于各种领域,比如在航空,航天,汽车,船舶,风力发电等产业作为承载组件,尤其在航空和航天结构是必不可少的。但是复合材料的韧性较低,当受到外部载荷作用时,尤其是受到冲击载荷后极易发生损伤。复合材料的损伤机理十分复杂,往往是由多种因素相互作用。对于冲击损伤更是非常复杂和难以预料的,因为它们依赖于许多参数,如复合结构的几何形状,冲击物,冲击速度,边界条件,铺层方式等。所以需要深入研究复合材料损伤失效行为,保证复合材料结构使用过程中的安全。对于材料的应变软化问题,在经典的局部理论框架下的连续模型有限元方法,常会出现病态的网格依赖问题。在此背景下,本文提出了根据应变描述的Hashin失效准则以及纤维和基体的损伤演化规律。本文主要工作是在ABAQUS/Explicit计算模块中开发了非局部平均化VUMAT子程序,用来模拟软化材料的行为,可以有效避免有限元仿真模拟损伤过程中过分依赖网格划分问题。在子程序中根据Hashin失效准则对纤维和基体进行失效判断,通过定义的材料损伤演化规律,完成了对复合材料纤维和基体在失效起始后的损伤演化模拟。为了验证子程序的准确性,进行了单一网格的算例分析,模拟了两种铺层情况下的拉伸和剪切测试,验证了子程序本构模型以及损伤变量的演化规律。进而进行了网格密度测试,验证了通过本文开发的子程序计算的结果不具有网格依赖性。并进一步建立含开孔的复合材料层合板二维有限元拉伸模型,通过Hashin准则得到了开孔层合板的损伤失效模式以及极限载荷。最后建立了冲击模型,并通过引入粘性层来模拟分层损伤,模拟得到了冲击过程中关于冲击头的时间历程曲线,将有限元仿真得到的结果与试验比较,验证了仿真模型的正确性。
【关键词】：碳纤维复合材料层合板 非局部理论 VUMAT 冲击损伤
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的来源及研究目的和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 复合材料损伤国内外研究现状10-12
• 1.2.2 非局部模型国内外研究现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 复合材料及非局部相关理论16-31
• 2.1 引言16-23
• 2.1.1 复合材料本构关系16-19
• 2.1.2 损伤失效准则19-22
• 2.1.3 损伤演化规律22-23
• 2.2 非局部理论23-27
• 2.2.1 非局部积分平均化方法24-27
• 2.2.2 基于梯度的非局部方法27
• 2.3 ABAQUS显式分析理论27-28
• 2.4 VUMAT用户子程序28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 VUMAT开发及验证31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 单一单元测试31-40
• 3.2.1 [0]_4 铺层单元测试32-35
• 3.2.2 [0/90]_s铺层单元测试35-40
• 3.3 网格密度测试40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 开孔层合板拉伸损伤演化模拟研究42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 二维模型损伤分析42-49
• 4.2.1 [(0/+45/-45/90)_2]_s层合板算例43-44
• 4.2.2 [(0/90)_4]_s层合板算例44-46
• 4.2.3 [(0//0/45/-45)_2]_s层合板算例46-47
• 4.2.4 [(45/-45)_4]_s层合板算例47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 复合材料层合板冲击损伤演化模拟研究50-60
• 5.1 引言50
• 5.2 复合材料层合板低速冲击损伤模型50-52
• 5.3 复合材料层合板低速冲击仿真结果52-59
• 5.3.1 时间历程曲线52-54
• 5.3.2 复合材料层合板损伤分析54-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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本文编号：545509