航空含孔复合材料构件裂纹扩展与渐进损伤机理研究

发布时间：2024-07-05 22:23

　　复合材料构件在制造、运输、安装、使用和维修过程中,结构内部会产生大量的损伤,严重威胁着结构的安全。随着复合材料构件的工作环境越来越复杂和损伤形式的多样性给传统的数值分析方法带来了很大的挑战。因此,建立一种能够对复合材料进行损伤分析的数值方法具有重要的意义。 建立考虑温度影响的渐进损伤模型,模型不仅考虑了温度对本构方程的影响还考虑了温度对复合材料基本属性的影响,并把混合失效准则作为失效判据,选取合适的刚度退化模型作为材料失效后刚度折减方案。考虑到模型具有高度的非线性问题,选用ABAQUS/Explicit求解器进行求解。通过编写VUMAT子程序,将温度的影响、失效准则和刚度退化模型加入到有限元分析中。研究不同温度对压缩载荷下层合板结构和拉伸载荷下铆接结构承载强度的影响。研究不同温度和螺栓预紧力共同作用下对复合材料螺接结构的失效载荷、刚度和失效位移的影响。结果表明:随着温度的升高,模型的失效载荷、刚度和失效位移不断减小;预紧力增大初期,模型的失效载荷、刚度和失效位移会增大,当预紧力超过临界值后会减小。 建立考虑桥接纤维损伤的桥接模型。为考虑纤维的桥接效应,建立杆单元与平面单元耦合自由度的组...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 渐进损伤模型研究进展
        1.2.2 桥接模型研究进展
    1.3 本文研究内容
第二章 考虑温度影响的渐进损伤模型
    2.1 温度对复合材料的影响
    2.2 渐进损伤模型基础理论
        2.2.1 失效准则
        2.2.2 刚度退化模型
        2.2.3 VUMAT子程序在ABAQUS中的应用
    2.3 渐进损伤模型的验证
        2.3.1 有限元模型
        2.3.2 模型的验证
    2.4 温度对复合材料铆钉搭接结构的影响
    2.5 准静态过程评估
    2.6 本章小结
第三章 不同温度和螺栓预紧力共同作用下复合材料搭接结构渐进损伤分析
    3.1 模型的验证
        3.1.1 几何模型和材料属性
        3.1.2 有限元模型
        3.1.3 接触模型和预紧力的施加
        3.1.4 渐进损伤模型的验证和结果讨论
    3.2 不同温度和螺栓预紧力对复合材料搭接结构承载强度的影响
    3.3 本章小结
第四章 扩展有限元模型
    4.1 断裂力学基础理论
        4.1.1 断裂模式
        4.1.2 裂尖附近的应力场及位移场
    4.2 水平集法
    4.3 积分方案
    4.4 控制方程
    4.5 相互作用积分
    4.6 本章小结
第五章 考虑桥接纤维损伤的桥接模型
    5.1 桥接模型
        5.1.1 组合单元
        5.1.2 双线性形式的桥接纤维本构关系
    5.2 含边裂纹的桥接模型
        5.2.1 桥接模型的验证
        5.2.2 桥接纤维间距对模型的影响
    5.3 含中心裂纹的桥接模型
        5.3.1 桥接模型的验证
        5.3.2 桥接纤维间距对模型的影响
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：4001633