復合材料層合板結(jié)構非局部漸進失效建模與有限元分析.pdf

1、碳纖維增強復合材料由碳纖維增強體和樹脂基體組成，它具有一系列優(yōu)異性能，如高強度、可設計性強、低密度、低熱膨脹系數(shù)等，是先進材料領域重點開發(fā)、研究的一種結(jié)構材料，具有良好的應用前景。然而，復合材料失效機理通常非常復雜，對強度、剛度、損傷容限以及剩余壽命的評估和預測提出了較大挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)外在復合材料漸進失效領域已經(jīng)開展了諸多研究，然而通常實際應用中的復合材料幾何形狀和失效機理復雜，經(jīng)常導致應力集中和局部化問題，根本特征是剛度退化帶來的應

2、變軟化問題，這使得運用常規(guī)有限元分析結(jié)構力學性能失去客觀性，數(shù)值求解失去意義。這是因為局部化問題自然引入了尺度比例而連續(xù)介質(zhì)力學缺乏尺度比例參數(shù)。目前國內(nèi)外在復合材料局部化問題的研究非常少。本文基于非局部積分理論和連續(xù)損傷力學理論，針對碳纖維復合材料層合板結(jié)構，基于ABAQUS有限元軟件發(fā)展了有限元數(shù)值計算技術，開展了非局部漸進失效分析，深入研究了含中心開孔復合材料層合板的漸進失效機理和強度。取得的研究進展如下:
　　(1)建立了

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

4、　(3)運用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（用戶場變量子程序模塊）和UEXTERNALDB（用戶外部數(shù)據(jù)接口應用子程序模塊），開展數(shù)值編程，實現(xiàn)了提出的非局部漸進失效模型，從而形成了復合材料非局部漸進失效分析數(shù)值計算技術。
　　(4)針對含中心圓孔復合材料層合板結(jié)構，運用上述提出的非局部漸進失效理論模型，開展了非局部有限元分析，與試驗結(jié)果進行比較，探討了開孔半徑