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复合材料层合板压缩载荷下渐进损伤分析与试验验证
２０１５年
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
机械科学与技术
Ｖｏｌ．３４
Ｍａｙ２０１５Ｎｏ．５
ＤＯＩ：１０．１３４３３／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３ ８７２８．２０１５．０５２６
复合材料层合板压缩载荷下渐进损伤分析与试验验证
朱建辉，曾建江，陈滨琦，童明波
（南京航空航天大学航空宇航学院，南京　２１００１６）
摘要：基于渐进损伤分析方法，建立了复合材料层合板的三维有限元模型。该模型包含应力分析求解、单元失效判定和损伤单元材料性能退化。采用了修正的带剪切非线性的Ｈａｓｈｉｎ准则作为单元的失效判据，使用Ｃａｍａｎｈｏ模型对失效单元进行材料性能退化。通过编写用户自定义材料子程序（ＵＭＡＴ），实现了失效准则与材料退化准则在Ａｂａｑｕｓ中的应用。并对有限元模型进行了试验验证。计算值与试验值之间误差为８．７％。有限元计算得出的失效位置与失效模式和实验吻合很好，结果表明本文模型能合理进行层合板的强度预测和失效分析。关键词：复合材料层合板；渐进损伤分析；损伤；ＵＭＡＴ；试验
中图分类号：　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００３ ８７２８（２０１５）０５ ０７８５ ０５
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＶａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅＤａｍａｇｅ
ｆｏｒＬａｍｉｎａｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
ＺｈｕＪｉａｎｈｕｉ，ＺｅｎｇＪｉａｎｊｉａｎｇ，ＣｈｅｎＢｉｎｑｉ，ＴｏｎｇＭｉｎｇｂｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄａｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓ，ａｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｉｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｊｕｄｇｅｍｅｎｔｏｆｅｌｅｍｅｎｔｆａｉｌｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄＣａｍａｎｈｏｐｒｏｐｅｒｔｙｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｔｏｄｅｇｒａｄｅｓｄａｍａｇｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｂｙｃｏｄｉｎｇｔｈｅｕｓｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅ（ＵＭＡＴ），ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆａｉｌｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｙｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｗｒｉｔｔｅｎｉｎＡｂａｑｕｓ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｌａｍｉｎａｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．
ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｆｌｏｗｃｈａｒｔｉｎｇ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ；ｍｅｓｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄａｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ；ＵＭＡＴ
　　近年来，复合材料以其较高的比强度、比模量、抗疲劳能力和抗振能力强以及可设计性等特点，成为新一代飞机机体结构四大主要材料之一［１］。从７８７飞机的５０％，再到Ａ３５０的５２％，复合材料在机
收稿日期：２０１３０９１５
基金项目：江苏高校优势学科建设工程项目资助
作者简介：朱建辉（１９８９－），硕士研究生，研究方向为复合材料结构
分析，结构设计，ｚｈｕｊｉａｎｈｕｉ０００１＠１２６．ｃｏｍ；曾建江（联系人），副教授，ｚｅｎｇｊｊ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｄａｍａｇｅｄｅｌｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｎｏｎ ｌｉｎｅａｒ３ＤＨａｓｈｉｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏｊｕｄｇｅｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｄａｍａｇｅ，ｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｄｉｆｆｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｉｓ８．７％．ＴｈｅｆａｉｌｕｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｉａｉｎａｂｅｔｔｅｒａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＢＡＱＵＳ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ；ｃｌａｍｉｎａｔｅｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｄａｍａｇｅ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ；ｆａｉｌｕｒｅ；ｌａｍｉｎａｔｅｓ；
体结构上的应用以年均９％的速率增长［３］。尽管复合材料正朝着整体化设计加工方向发展，某些部位如维护口盖、机械连接处等位置，不得不在复合材料结构上开孔。相对于金属材料，复合材料层合板开孔部位应力分布更为复杂、应力集中更为严重。同时，又由于复合材料结构本身失效模式复杂，强度预测困难。开孔部位处纤维被切断，对复合材料性能特别是压缩性能影响很大。因此，复合材料结构开孔处压缩性能一直是学者们研究重点。
在层板开孔性能预测研究方而，研究方法可分为
空客Ａ３８０飞机上复合材料的２５％用量［２］，到波音
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完成了含孔 [45/0/ ? 45/90]2S 层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析,结果...量的试验校核得出. 近年来, 连续介质损伤力学分析 方法在复合材料渐进损伤失效...5页 1下载券 三维复合材料层合板渐进... 8页 免费 含对称穿透分层损伤复合....元分析技术 ,对不 同材料不 同宽孔 比的含孔 复合材料层合板在压缩 载荷...论-复合材料层合板渐进损伤非线性失效分析。新技 ...生损伤 之后 载荷 的重新 分布 和损伤 的相 互作...载 于铺层 主方 向的拉 伸强度y 和压缩强度 y...含孔复合材料层合板在压缩载荷下的三维逐渐损伤_崔...下的逐渐破坏过 程进 行分析 , 综合 考虑 了基 ...果与 试验结 果相 比误差在载荷 作用 下 的逐 ...暂无评价3页 免费 三维复合材料层合板渐进... 8页 免费喜欢...孑L复合材料层合板在压缩载荷下 的三维逐渐损伤崔...TB33 强度分析参数化模拟 变量来表示,通过与试验...在一定内压下的应变进 行了分析 ,将分析的结果与试验结果比较 ,验证该模型的...纤维断裂是复合材料层合板在面内压缩载荷 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0...破坏载荷 , 而是需 要设计出一个在给定载荷下不...本文将对复合材料层合结构的渐进损伤分析方 法及其...带孔板压缩铺层失效刚度退化表 Table 2 Stiffness ...含孔复合材料层合板在压缩... 6页 8财富值 ...三维复合材料层合板渐进损伤非线性分析模型 * 王跃...经文献试验数据验证, 12 种不同铺层 顺序层合板...连续损伤累积模型研究复合材料层合板在冲击 载荷下的...判断损伤起始,但其断裂面 角度仅根据压缩试验中观测...渐进损伤分析基本流程 Fig.5 Damage area vs impact...您的位置：
含分层复合材料层合板的强度预测方法
含分层复合材料层合板的强度预测方法
Strength Predicting Method of Laminated Composites with delamination
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徐颖1，*，
1、南京航空航天大学 能源与动力学院，南京，210016；&&&&&&
2、北京航空航天大学 能源与动力学院，北京，100083；
考虑层合板的就位特性，提出就位强度修正因子。针对含初始分层复合材料层合板，发展了逐渐累积损伤强度预测方法。该方法主要包括应力分析、失效分析及材料性能下降三部分。其中，为判断分层损伤，采用三维有限元数值技术进行应力分析；失效分析中，在Hashin 静态失效准则中引入就位强度修正因子，对6 种可能发生的损伤形式进行判断；发生损伤之后，进行材料弹性常数退化。开展了含穿透分层层合板的拉伸强度试验，预测值与之相比，吻合较好。
分层损伤；复合材料层合板；就位特性；数值模拟
Xu Ying1,*，
Liao Lianfang2,
1、College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing，210016；&&&&&&
2、College of Energy and Power Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing
Abstract：
The coefficient of in-situ strength is promoted because of the in-situ properties. A progressive damage analysis method is developed to predict tensile strength of laminated composites with delamination. It consists of stress analysis, damage analysis and material property degradation technique. Stress analysis of composite laminates is performed by creating a three-dimensional finite element model using the ANSYS FE code. The coefficient of in-situ strength is inducted into Hashin failure criterion for determination the failure states of material in the elements, and the elastic constants of the failed material are degraded according to their failure patterns. The strength of lamination with delamination penetrated through width is tested by experiment. The predicted strength are found to agree well with the experimental results.
Keywords：
delamination；laminated composites；in-situ properties；numerical simulation
PDF全文下载：
&&&&（157）
作者简介：
徐颖（1979年-），女，副教授，主要研究方向：先进复合材料结构强度与疲劳寿命分析
通信联系人：
【收录情况】
中国科技论文在线：徐颖，廖连芳.&含分层复合材料层合板的强度预测方法[EB/OL].北京：中国科技论文在线&
[].http://www./releasepaper/content/.
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