准静态压痕力作用下复合材料层压板的损伤阻抗分析

摘要

随着先进复合材料在飞机上的广泛应用，其损伤问题也越来越多的得到研究人员的重视。层压板的损伤阻抗作为衡量材料属性的重要指标也正是在这一背景下产生的。本文对复合材料层压板的损伤阻抗进行了比较深入系统的实验与理论研究，获得了如下几个方面的研究成果 （1）通过对准静态压痕实验结果的分析，总结给出了材料的破坏机理以及影响材料损伤阻抗的重要参数。 （2）采用经典层压板理论和接触理论对准静态压痕实验的起始分层力和最大接触力进行了理论预测，分析结果与实验数据的比较表明本文的理论预测方法可用于损伤阻抗的初步评定。 （3）在商业有限元软件ABAQUS的基础上，根据材料的本构关系，编制其相应的用户子程序，并以此为基础建立了数值模型。开发时引入了单层和分层失效准则，利用刚度退化的方法对层压板模型进行渐进损伤分析。通过对比若干种层压板在准静态集中载荷作用下的实验数据和损伤过程的数值模拟结果，发现本文的数值方法能够较好的模拟损伤的累积过程，而且对损伤阻抗的预测具有较高的精度。 （4）在渐进损伤分析的基础上，进一步结合接触理论对压痕深度进行了预测。结果表明，不同边界条件下相同压痕力对应的压痕深度几乎相同，边界条件对压痕的影响很小，压痕深度主要取决于接触区层压板的局部刚度。