复合材料加筋板多失效模式耦合可靠性分析
发布时间：2021-01-02 23:22
复合材料加筋板是工程中一种常用结构,在其轴向压缩失效过程中伴随着纤维、基体、胶层的交替破坏,失效形式较为复杂。为保证结构的使用安全,需要对加筋结构进行多失效模式耦合可靠性分析和极限承载能力可靠性分析。因而,如何准确识判定各失效模式对结构可靠性的影响以及提高结构可靠性分析的效率是复合材料结构设计领域需要解决的问题之一。1)渐进失效分析针对复合材料加筋板压缩过程中材料刚度退化,基体、纤维、胶层交替破坏的多失效模式耦合问题,采用含有界面单元的壳-固耦合模型,以abaqus软件为设计平台,通过编写含有渐进失效分析的用户子程序进行结构压缩性能的计算。通过对比,计算结果同实验数据拟合良好,表明了所建模型的合理性。2)多失效模式耦合可靠性分析采用Hashin失效准则与Quads失效准则建立极限状态方程,由一次二阶距方法分别对加筋板的各单一失效模式和多失效模式耦合两种情况进行可靠性分析,并对影响结构压缩性能的相关参数进行分析。结果表明:材料的横向弹性模量和纵向弹性模量对加筋板可靠性影响较大,而材料的各面内剪切模量等参数对加筋板可靠性影响则相对较小。3)极限承载能力可靠性分析及优化设计通过分析影响加筋板...
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渐进失效分析流程图
10Ⅰ型裂纹 Ⅱ型裂纹 Ⅲ型裂纹图2.2 典型裂纹类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分层所对应的分层前缘的能量释放率分别为 G 、 G 、 G ，各型裂纹可单独扩展也可混合发生。其扩展准则如式（2.8）和式（2.9）所示：单一模式CGG ，CGG ，CGG (2.8)混合模式[60]1n pCCmCGGGGGG(2.9)式中CG 、CG 、CG 为在单一模式下，由实验测定的各型裂纹能量扩展释放率的临界值。系数 m 、 p 、 n 为拟合系数，通常都取相同值。在文献[61]中，Reeder 将其取为m n p 1。虚拟裂纹闭合技术已广泛应用于复合材料板损伤断裂的应变能释放率的计算。假设①初始裂纹的大小为a，扩展到 a a所释放的能量 E 与将此裂纹闭合所需的能量相等。②在裂纹进一步扩展到 a 2 a时
沈阳航空航天大学硕士学位论文11图2.3 裂纹扩展示意图2.2.2 界面单元Cohesive 单元是一种模拟复合材料分层的有限元实体单元，广泛应用于复合材料结构分层和破坏研究。该单元将应力与分离距离引入断裂机制，传递被连接解结构的全部应力，认为随着分离距离的增大，内聚力逐渐增至最大值后发生损伤。本文采用 Quads[62]准则用来判别蒙皮与筋条的脱粘情况。并假设胶层为各向同性材料，即筋条与蒙皮不发生除蒙皮法向以外位移。Quads 失效准则公式如下。223213233 TCCCcXSSF （2.11）式中：TCX 、CS 分别为界面拉伸、剪切强度，33 、13 、23 为有效应力 的分量。由于界面在承受压缩载荷时不会发生脱粘，故可引入下列运算符： ，
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲性能[J]. 冯宇,何宇廷,邵青,高潮. 航空动力学报. 2014(12)
[2]基于合理子域的改进响应面方法[J]. 赵维涛,邱志平. 力学学报. 2014(03)
[3]复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效表征[J]. 孔斌,叶强,陈普会,柴亚南. 复合材料学报. 2010(05)
硕士论文
[1]复合材料加筋板极限承载能力可靠性分析[D]. 刘炜华.沈阳航空航天大学 2016
[2]复合材料加筋板的屈曲后屈曲分析及承载能力研究[D]. 刘从玉.南京航空航天大学 2009
本文编号：2953841
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渐进失效分析流程图
10Ⅰ型裂纹 Ⅱ型裂纹 Ⅲ型裂纹图2.2 典型裂纹类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分层所对应的分层前缘的能量释放率分别为 G 、 G 、 G ，各型裂纹可单独扩展也可混合发生。其扩展准则如式（2.8）和式（2.9）所示：单一模式CGG ，CGG ，CGG (2.8)混合模式[60]1n pCCmCGGGGGG(2.9)式中CG 、CG 、CG 为在单一模式下，由实验测定的各型裂纹能量扩展释放率的临界值。系数 m 、 p 、 n 为拟合系数，通常都取相同值。在文献[61]中，Reeder 将其取为m n p 1。虚拟裂纹闭合技术已广泛应用于复合材料板损伤断裂的应变能释放率的计算。假设①初始裂纹的大小为a，扩展到 a a所释放的能量 E 与将此裂纹闭合所需的能量相等。②在裂纹进一步扩展到 a 2 a时
沈阳航空航天大学硕士学位论文11图2.3 裂纹扩展示意图2.2.2 界面单元Cohesive 单元是一种模拟复合材料分层的有限元实体单元，广泛应用于复合材料结构分层和破坏研究。该单元将应力与分离距离引入断裂机制，传递被连接解结构的全部应力，认为随着分离距离的增大，内聚力逐渐增至最大值后发生损伤。本文采用 Quads[62]准则用来判别蒙皮与筋条的脱粘情况。并假设胶层为各向同性材料，即筋条与蒙皮不发生除蒙皮法向以外位移。Quads 失效准则公式如下。223213233 TCCCcXSSF （2.11）式中：TCX 、CS 分别为界面拉伸、剪切强度，33 、13 、23 为有效应力 的分量。由于界面在承受压缩载荷时不会发生脱粘，故可引入下列运算符： ，
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲性能[J]. 冯宇,何宇廷,邵青,高潮. 航空动力学报. 2014(12)
[2]基于合理子域的改进响应面方法[J]. 赵维涛,邱志平. 力学学报. 2014(03)
[3]复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效表征[J]. 孔斌,叶强,陈普会,柴亚南. 复合材料学报. 2010(05)
硕士论文
[1]复合材料加筋板极限承载能力可靠性分析[D]. 刘炜华.沈阳航空航天大学 2016
[2]复合材料加筋板的屈曲后屈曲分析及承载能力研究[D]. 刘从玉.南京航空航天大学 2009
本文编号：2953841
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