复合材料层合板低速冲击与双轴剩余强度分析研究

发布时间：2017-09-26 22:22

  本文关键词：复合材料层合板低速冲击与双轴剩余强度分析研究

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【摘要】：复合材料层合板在制造和使用过程中会遇到低速冲击,受到冲击后其内部很容易出现损伤,这些内部损伤会使结构的力学性能严重退化,导致结构的承载能力大大降低,甚至直接引起事故。树脂基复合材料已广泛应用于飞机发动机机匣,而发动机机匣在工作状态下,不仅承受由气体负荷和安装预紧力引起的轴向力和周向力作用,还承受由发动机离心力引起的径向力作用。因此,对复合材料结构的低速冲击和双轴剩余强度进行研究具有重要的理论意义和工程价值。本文的主要研究内容如下:1.基于Hertz接触定律、虚位移原理以及损伤等效原理,推导了层合板结构受冲击载荷及冲击后双轴载荷作用下的逐渐损伤应力分析有限元列式,建立了一种复合材料层合板结构在冲击及冲击后双轴载荷下的逐渐损伤破坏和剩余强度全程分析方法。基于所建立的方法和ANSYS有限元商用软件平台,开发了相应的分析软件。2.提出了一种双臂开缝的层合板十字架试验件设计方案。试验结果表明双臂开缝的十字架试验件,能够很好地保证双轴拉伸载荷下层合板破坏区域发生在试验件中心区域,从而保证双轴拉伸试验结果的有效性。3.针对T300/QY8911复合材料十字架进行了冲击损伤和双轴拉伸剩余强度的试验研究和数值分析。试验结果与数值分析表明:10J、15J、20J三种冲击能量下数值分析预测的损伤面积与试验得到的冲击损伤面积结果相比,误差小于10%;含10J、15J、20J三种能量冲击后层合板双轴拉伸剩余强度数值分析预测与试验结果相比,误差小于9%,且数值分析结构破坏形式与试验的破坏形式比较吻合。结果表明本文所建立的逐渐损伤破坏和剩余强度全程分析方法是有效的。4.对含冲击损伤的复合材料层合板的单轴剩余强度和双轴剩余强度进行数值分析比较,得出层合板的双轴拉伸剩余强度存在双向强化效应。5.采用本文提出的剩余强度预测分析方法,研究了在双轴载荷作用下冲击能量和铺层数对复合材料十字架剩余强度的影响规律。
【关键词】：双轴 开缝 双向强化效应 复合材料层合板 冲击 剩余强度 逐渐损伤
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 选题背景、研究的目的和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 树脂基复合材料层合板低速冲击试验研究现状13-15
• 1.2.2 树脂基复合材料层合板双向加载的力学行为研究现状15-16
• 1.2.3 复合材料层合板冲击和双向加载强度预测方法的研究现状16-17
• 1.2.4 双轴加载实验研究17-20
• 1.3 目前存在的问题20
• 1.4 本文的主要研究工作20-22
• 第二章 复合材料层合板冲击损伤及双轴载荷下的剩余强度全程分析方法22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 冲击损伤预测方法22-28
• 2.2.1 冲击损伤应力分析22-27
• 2.2.2 冲击损伤失效准则27
• 2.2.3 冲击损伤材料参数退化方式27-28
• 2.3 含冲击损伤层合板双向载荷下剩余强度预测方法28-31
• 2.3.1 含冲击损伤层合板在双向载荷下的应力分析28-29
• 2.3.2 双向载荷下的失效准则29-30
• 2.3.3 双向载荷作用下的材料参数退化方式30-31
• 2.4 层合结构冲击损伤及其在双向载荷作用下剩余强度全程分析的程序设计与实现31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 复合材料层合板冲击试验与数值分析研究35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 冲击试验及其试验设备35-37
• 3.2.1 试验件尺寸及其安排35-36
• 3.2.2 冲击试验设备及夹具36-37
• 3.3 复合材料十字架冲击损伤检测与结果分析37-40
• 3.3.1 目视检测37-39
• 3.3.2 X射线检测39-40
• 3.4 复合材料十字架冲击损伤失效分析40-44
• 3.4.1 冲击损伤面积的实验值与预测值对比分析40-42
• 3.4.2 复合材料层合板各铺层的冲击损伤失效分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 层合板冲击后双轴剩余强度试验与数值分析研究46-66
• 4.1 引言46
• 4.2 双向拉伸试验设备及试验件的设计46-50
• 4.2.1 双向拉伸试验设备46-47
• 4.2.2 双向加载试验件的设计47-50
• 4.3 含冲击损伤的复合材料十字架双向拉伸剩余强度试验与结果分析50-54
• 4.3.1 复合材料十字架双向拉伸剩余强度试验结果分析50-52
• 4.3.2 预测剩余强度值与试验结果对比52-54
• 4.4 含冲击损伤的复合材料十字架双向拉伸剩余强度的损伤分析54-57
• 4.4.1 复合材料十字架有限元模型54
• 4.4.2 含冲击损伤复合材料十字架在双向拉伸载荷作用下的逐渐损伤失效分析54-57
• 4.5 含冲击损伤的复合材料十字架断口分析57-60
• 4.5.1 复合材料十字架断口形状与分析57-59
• 4.5.2 预测断口形式与试验结果对比59-60
• 4.6 冲击能量和层合板铺层数对十字架双向拉伸剩余强度的影响60-62
• 4.6.1 冲击能量对十字架双向拉伸剩余强度的影响60-61
• 4.6.2 层合板铺层数对十字架双向拉伸剩余强度的影响61-62
• 4.7 含冲击损伤复合材料十字架在双向拉伸载荷作用下的双向强化效应62-64
• 4.8 本章小结64-66
• 第五章 全文总结与展望66-68
• 5.1 本文工作总结66-67
• 5.2 研究展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 附录73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：926047