纤维增强复合材料结构损伤的数值模拟研究

发布时间：2020-06-09 10:02

【摘要】：纤维增强复合材料结构广泛应用于兵器领域,最典型的是火炮身管结构。火炮发射时,身管在高压载荷作用下容易因自身缺陷而发生损伤破坏,进而造成难以估量的损失。文章以身管的简化结构——金属内衬外缠绕纤维增强复合材料厚壁圆筒为研究对象,基于国内外对纤维增强复合材料结构损伤研究成果,采用高效的数值计算方法,对其结构损伤问题进行基础性研究,为纤维增强复合材料在火炮身管中的应用提供理论参考。为了讨论不同因素对纤维增强复合材料厚壁圆筒结构损伤和开裂的影响,文章采用有限单元法和扩展有限元法,进行数值模拟研究。主要的研究内容与结论：(1)通过编写有限元软件用户子程序,分别研究纤维增强复合材料的铺层顺序和边界条件对纤维增强复合材料厚壁圆筒结构产生损伤的初始载荷、损伤类型以及损伤扩展的影响。数值仿真结果表明：高压载荷下,厚壁圆筒结构的复合材料层依次发生了基体损伤、纤维损伤以及面内剪切损伤；不同纤维分布角度的铺层方式影响厚壁圆筒结构产生损伤的初始载荷和最终损伤形式。(2)应用扩展有限单元法对纤维增强复合材料厚壁圆筒结构的裂纹扩展进行分析。计算含单边裂纹的平板、含径向裂纹的金属材料厚壁圆筒结构的应力强度因子,验证扩展有限元程序的合理性。讨论了不同因素对纤维增强复合材料厚壁圆筒结构的裂纹扩展趋势的影响。数值计算结果显示：裂纹越长、壁厚越小、载荷越大,纤维增强复合材料厚壁圆筒结构越容易开裂；纤维增强复合材料厚壁圆筒结构相比金属材料和只有复合材料的厚壁圆筒更抗裂；在压力载荷作用下,裂纹的初始角度影响裂纹的扩展路径。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ304

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本文编号：2704528