纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的數(shù)值模擬研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于兵器領(lǐng)域，最典型的是火炮身管結(jié)構(gòu)?；鹋诎l(fā)射時(shí)，身管在高壓載荷作用下容易因自身缺陷而發(fā)生損傷破壞，進(jìn)而造成難以估量的損失。文章以身管的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)——金屬內(nèi)襯外纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒為研究對(duì)象，基于國(guó)內(nèi)外對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷研究成果，采用高效的數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)其結(jié)構(gòu)損傷問(wèn)題進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在火炮身管中的應(yīng)用提供理論參考。
　　為了討論不同因素對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)損傷和

2、開(kāi)裂的影響，文章采用有限單元法和擴(kuò)展有限元法，進(jìn)行數(shù)值模擬研究。主要的研究?jī)?nèi)容與結(jié)論:
　　(1)通過(guò)編寫(xiě)有限元軟件用戶子程序，分別研究纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的鋪層順序和邊界條件對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷的初始載荷、損傷類型以及損傷擴(kuò)展的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明:高壓載荷下，厚壁圓筒結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料層依次發(fā)生了基體損傷、纖維損傷以及面內(nèi)剪切損傷;不同纖維分布角度的鋪層方式影響厚壁圓筒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷的初始載荷和最終損傷形式。

3、　　(2)應(yīng)用擴(kuò)展有限單元法對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行分析。計(jì)算含單邊裂紋的平板、含徑向裂紋的金屬材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，驗(yàn)證擴(kuò)展有限元程序的合理性。討論了不同因素對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示:裂紋越長(zhǎng)、壁厚越小、載荷越大，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)越容易開(kāi)裂;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料厚壁圓筒結(jié)構(gòu)相比金屬材料和只有復(fù)合材料的厚壁圓筒更抗裂;在壓力載荷作用下，裂紋的初始角度影響裂