层合板分层损伤等效模拟方法及剩余强度研究

发布时间：2017-07-25 14:55

  本文关键词：层合板分层损伤等效模拟方法及剩余强度研究

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【摘要】：以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进复合材料,凭借其优越的力学性能已广泛应用于飞机机翼面板结构中。但在复合材料层板制备、装配以及服役过程中,由于一系列不确定因素,使得层板内部产生不可见的分层损伤,从而影响整个机体结构的力学性能,危及飞机整体结构的安全。因此,分层损伤问题是复合材料结构研制过程中经常面对且急需解决的结构问题。本文针对不同损伤检测结果对其等效模拟方法开展研究,并通过数值模拟与试验验证相结合的方法对含分层损伤复合材料层合板的剩余强度进行研究。针对含预置分层损伤的试验件,采用超声波检测方法获得分层损伤形貌,并通过图像处理技术获取其损伤轮廓。从数学角度出发,利用MATLAB软件采用不同的拟合算法对轮廓进行拟合,同时进行精度评估,从而得到最优的等效模拟特征参数。此外,利用MATLAB软件创建拟合操作界面,方便工程人员应用。针对复合材料层板典型分层损伤,利用ABAQUS软件基于内聚力模型理论建立有限元分析模型。采用Hashin失效准则并编写相应USEFLD子程序,从而实现层板渐进失效过程的模拟分析以及失效模式、剩余强度的预测。同时,针对工程扫描只给出损伤长短轴的情况,开展典型结构剩余强度对分层损伤特征参数的敏感性研究。揭示损伤形貌、厚度位置等损伤特征参数对含分层损伤层合板剩余强度的影响规律,从而建立与其破坏模式相适应的等效模拟方法。此外,通过大量模拟分析讨论边界效应对剩余强度的影响,寻求最优的建模尺寸。针对符合试验标准的含分层损伤复合材料层板试验件开展试验研究。采用聚四氟乙烯薄膜预制长圆型分层损伤,扫描检测符合要求后,对试验件进行压缩剩余强度试验。试验获得试验件的失效模式、破坏载荷以及剩余压缩强度,并将实验结果与有限元模拟结果进行对比,两者的误差在允许的范围,从而验证有限元模型的有效性。
【关键词】：复合材料 分层损伤 等效模拟 渐进失效 剩余强度
【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
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 复合材料分层损伤10-13
• 1.2.1 分层产生原因及分布10-12
• 1.2.2 分层的种类12-13
• 1.3 复合材料层合板强度分析方法13-14
• 1.3.1 首层失效分析方法13-14
• 1.3.2 末层失效分析方法14
• 1.3.3 渐进失效分析方法14
• 1.4 含分层损伤复合材料层板国内外研究现状14-18
• 1.4.1 试验研究14-15
• 1.4.2 数值模拟15-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 第2章 典型结构损伤形貌等效模拟方法研究19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 层合板内部分层损伤的无损检测19-21
• 2.3 损伤形貌轮廓的提取21-23
• 2.4 拟合方法及其精度分析23-29
• 2.4.1 最小二乘法23-26
• 2.4.2 回归分析法26-29
• 2.4.3 精度分析29
• 2.5 创建损伤形貌拟合操作界面29-33
• 2.5.1 设计原则与一般步骤30-31
• 2.5.2 拟合操作界面设计及实现31-32
• 2.5.3 对软件各控件进行逐项检查32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 典型结构损伤剩余强度研究34-68
• 3.1 引言34
• 3.2 内聚力模型理论34-38
• 3.2.1 粘结区的本构模型34-36
• 3.2.2 损伤产生准则36-38
• 3.2.3 损伤扩展准则38
• 3.3 复合材料渐进失效分析方法38-41
• 3.3.1 材料失效强度准则38-40
• 3.3.2 材料退化模式40
• 3.3.3 用户定义场变量（ USDFLD）40-41
• 3.4 剩余强度敏感性分析41-58
• 3.4.1 有限元分析模型建立41-43
• 3.4.2 剩余强度对损伤形貌的敏感性分析43-51
• 3.4.3 剩余强度对损伤a、b轴的敏感性分析51-53
• 3.4.4 剩余强度对角度的敏感性分析53-54
• 3.4.5 剩余强度对厚度位置的敏感性分析54-58
• 3.5 剩余强度对大面积损伤形貌的敏感性研究58-65
• 3.6 边界效应分析65-67
• 3.7 本章小结67-68
• 第4章 含预置分层损伤层合板剩余强度试验68-76
• 4.1 引言68
• 4.2 制备含预置分层损伤复合材料层板试验件68-72
• 4.3 压缩剩余强度试验72-75
• 4.3.1 夹具设计72-73
• 4.3.2 含分层损伤的复合材料层板压缩剩余强度试验73-75
• 4.4 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 致谢83

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本文编号：571814