復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)非局部漸進(jìn)失效建模與有限元分析.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由碳纖維增強(qiáng)體和樹脂基體組成，它具有一系列優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、低密度、低熱膨脹系數(shù)等，是先進(jìn)材料領(lǐng)域重點(diǎn)開發(fā)、研究的一種結(jié)構(gòu)材料，具有良好的應(yīng)用前景。然而，復(fù)合材料失效機(jī)理通常非常復(fù)雜，對(duì)強(qiáng)度、剛度、損傷容限以及剩余壽命的評(píng)估和預(yù)測(cè)提出了較大挑戰(zhàn)。目前，國(guó)內(nèi)外在復(fù)合材料漸進(jìn)失效領(lǐng)域已經(jīng)開展了諸多研究，然而通常實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)合材料幾何形狀和失效機(jī)理復(fù)雜，經(jīng)常導(dǎo)致應(yīng)力集中和局部化問(wèn)題，根本特征是剛度退化帶來(lái)的應(yīng)

2、變軟化問(wèn)題，這使得運(yùn)用常規(guī)有限元分析結(jié)構(gòu)力學(xué)性能失去客觀性，數(shù)值求解失去意義。這是因?yàn)榫植炕瘑?wèn)題自然引入了尺度比例而連續(xù)介質(zhì)力學(xué)缺乏尺度比例參數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外在復(fù)合材料局部化問(wèn)題的研究非常少。本文基于非局部積分理論和連續(xù)損傷力學(xué)理論，針對(duì)碳纖維復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)，基于ABAQUS有限元軟件發(fā)展了有限元數(shù)值計(jì)算技術(shù)，開展了非局部漸進(jìn)失效分析，深入研究了含中心開孔復(fù)合材料層合板的漸進(jìn)失效機(jī)理和強(qiáng)度。取得的研究進(jìn)展如下:
　　(1)建立了

3、復(fù)合材料層合板漸進(jìn)失效分析預(yù)測(cè)理論模型，確定了以等效應(yīng)變作為判斷纖維和基體失效的參量，推導(dǎo)了針對(duì)纖維斷裂和基體開裂損傷變量的破壞進(jìn)化律及一致切線模量，為復(fù)合材料的強(qiáng)度預(yù)測(cè)提供理論支撐。
　　(2)基于非局部積分理論，將控制應(yīng)變軟化的內(nèi)變量-等效應(yīng)變進(jìn)行非局部平均處理，從而在模型中引入針對(duì)纖維和基體的兩個(gè)尺度比例參數(shù)，最后針對(duì)隱式有限元求解問(wèn)題，推導(dǎo)了各向異性非局部一致切線模量，為解決復(fù)合材料應(yīng)變局部化問(wèn)題提供了理論基礎(chǔ)。
　

4、　(3)運(yùn)用ABAQUS-UEL（用戶自定義單元子程序模塊），UMAT（用戶自定義材料子程序模塊），USDFLD（用戶場(chǎng)變量子程序模塊）和UEXTERNALDB（用戶外部數(shù)據(jù)接口應(yīng)用子程序模塊），開展數(shù)值編程，實(shí)現(xiàn)了提出的非局部漸進(jìn)失效模型，從而形成了復(fù)合材料非局部漸進(jìn)失效分析數(shù)值計(jì)算技術(shù)。
　　(4)針對(duì)含中心圓孔復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)，運(yùn)用上述提出的非局部漸進(jìn)失效理論模型，開展了非局部有限元分析，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，探討了開孔半徑