复合材料单向板刚度退化及数值仿真分析研究

摘要

在航空领域，随着复合材料在飞机主承力结构中的应用，其愈加复杂的受载情况和不断提高的承载水平使复合材料的疲劳问题变得不可避免。复合材料在疲劳载荷作用下其损伤机理十分复杂，给复合材料疲劳失效分析和寿命预测带来了严峻的挑战。刚度性能持续退化是复合材料宏观力学性能疲劳变化的重要体现，因此基于复合材料疲劳损伤机理对刚度疲劳退化进行系统研究具有重要的意义和价值。
　　本文主要研究复合材料单向板在静力拉伸载荷作用下的刚度退化规律及在疲劳载荷作用下的剪切模量退化规律。论文首先介绍对复合材料疲劳破坏机理的认识，并总结现有的复合材料疲劳分析模型，重点介绍剩余刚度模型和数值仿真分析模型；其次对一系列不同铺角的碳纤维复合材料单向板进行了大量疲劳试验；随后先从复合材料静力破坏模式入手，分析影响材料弹性模量退化的各种因素，并重点研究载荷和铺设角度的影响，构建了复合材料刚度静力退化模型，基于该模型进行单向板静强度数值仿真分析；再从单向板疲劳破坏模式入手，研究载荷和铺设角度对剪切模量疲劳退化的影响，构建复合材料剪切模量疲劳退化模型，基于该模型进行单向板疲劳数值仿真分析。对比分析表明数值仿真结果与试验结果较为吻合，论文所构建的刚度静力退化模型和剪切模量疲劳退化模型较合理地描述了相应的复合材料刚度的退化规律。

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 复合材料疲劳研究现状

1.3 本文研究内容和目的

第二章 复合材料单向板试验

2.1 引言

2.2 试验标准与试验件

2.3 剪切模量测量方法

2.4 单向板静力试验

2.5 单向板疲劳试验

2.6 剪切模量疲劳退化试验结果

2.7 小结

第三章 复合材料单向板刚度静力退化及数值模拟分析

3.1 引言

3.2 刚度静力退化模型

3.3 复合材料单向板静强度仿真分析模型

3.4 算例分析

3.5 小结

第四章 复合材料单向板剪切模量疲劳退化及数值模拟分析

4.1 引言

4.2 剪切模量疲劳退化模型

4.3 复合材料单向板疲劳寿命仿真分析模型

4.4 算例分析

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文