复合材料层合板冲击损伤及损伤容限研究

摘要

纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度高、材料可设计性、耐腐蚀等优良特性,因此被广泛应用于航空航天结构中。但是复合材料层合板抗冲击性能差,当结构在制造和使用过程中受到外来物冲击后,会造成多种形式的损伤,降低其承载能力。特别是当受到低速冲击后,即使表面无明显可视损伤,层合板内部也可能出现分层等形式的损伤,从而严重影响其承载能力。因此,对层合板低速冲击性能和冲击后损伤容限性能进行研究具有重要的工程意义。
　　本文基于三维渐进累积损伤分析理论,用商用有限元软件ABAQUS并结合自己开发的用户子程序对层合板的低速冲击过程进行了模拟。同时参照ASTM D7136试验标准,采用标准试验件进行了层合板低速冲击试验。试验结果和计算结果的一致性表明了本文所用数值模拟方法的可行性。在试验和数值模拟的基础上,着重研究了冲击能量对层合板低速冲击性能的影响。同时,结合层合板的冲击损伤过程,详细分析了层合板在冲击不同时刻的损伤特点和冲击损伤机理,全面揭示了纤维损伤、基体损伤、分层等主要损伤形式的形成原因和扩展规律。
　　为了研究复合材料的损伤容限性能,本文还对层合板冲击后的剩余压缩强度进行了研究,同时探究了铺层顺序、铺层角度、连续铺层等因素对层合板剩余压缩强度的影响规律,为复合材料层合结构的设计提供了一定的指导。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文所做的主要工作及意义

第二章 层合板冲击损伤分析理论

2.1引言

2.2三维渐进累积损伤分析方法

2.3冲击损伤分析流程

2.4本章小结

第三章 层合板低速冲击试验

3.1试验标准

3.2试验方法

3.3试件

3.4试验设备

3.5实验内容及结果分析

3.6试验结论

3.7本章小结

第四章 层合板冲击损伤数值研究

4.1引言

4.2层合板冲击损伤有限元模型

4.3数值模拟结果与试验结果的对比

4.4层合板冲击损伤特性分析

4.5本章小结

第五章 层合板损伤容限研究

5.1损伤容限概念

5.2层合板剩余强度分析理论

5.3层合板剩余强度计算及算例验证

5.4剩余强度影响因素研究

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2对未来工作的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文