FRP夹芯板材损伤模拟及分析

摘要

复合材料夹芯板材作为一种新型的建筑材料，具有自重轻、安装快、施工效率高等优点。目前玻璃纤维夹芯板材在建筑中已经被用作装饰和装修材料、楼梯的围栏和护栏结构、门窗型材等，并且具有广阔的研究前景和发展空间。 近年来随着复合材料在实际工程中的应用越来越广泛，从其理论和试验研究表明，复合材料夹芯结构子层间胶层的薄弱及其相关的损伤失效，在很大程度上严重的影响复合材料板材结构的承载能力，因此必须采用有效的处理方法改善其层间性能、提高板材的层间断裂韧性。 本文主要针对建筑用复合材料夹芯板材的面/芯开裂和分层损伤的破坏形式和裂纹的损伤扩展进行了理论分析、试验、数值模拟研究。本文运用Fortran语言将复合材料夹芯板材的损伤模式编写成子程序，并导入ABAQUS软件中。进而运用ABAQUS/CAE仿真软件，对复合材料夹芯板材的损伤模式进行仿真计算，进一步研究含损伤复合材料夹芯板材的剩余强度。针对夹芯板材的准静态断裂问题，运用压力机对不同铺层角度和铺层次序的复合材料夹芯板材进行三点弯曲试验，试验中观察板材的分层损伤情况。 本文主要结合了数值模拟和试验对板材三点弯曲试样损伤断裂问题进行了分析研究。比较了采用多角度纤维铺层的夹芯板材在受到三点弯曲时的纤维断裂、基体开裂、分层损伤情况，从中选择板材强度最高，损伤成度最小的一种铺层方式。对比分析了泡沫夹芯在纤维板材受力过程中的吸能和承担剪力作用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 复合材料板材损伤的国内外研究现状

1.2 论文研究的目的及意义

1.3 本文的主要研究内容

第2章 复合材料分层损伤的基本理论和研究方法

2.1 复合材料夹层板分层损伤理论

2.2 层内损伤的Hashin-Damage准则

2.3 内聚力单元

2.4 铺层角度对板材强度的影响

2.5 可压缩泡沫基本理论

2.6 本章小结

第3章 多角度夹芯板材的制备与弯曲试验

3.1 主要试验材料和设备

3.2 板材的制备

3.3 三点弯曲试验

3.4 本章小结

第4章 复合材料夹芯板的分层损伤仿真分析

4.1 三维模拟的建模

4.2 建模结果分析

4.3 板材剪切破坏

4.4 本章小结

第5章 变角度纤维板材的损伤情况

5.1 不同铺层角度板材对比

5.2 不含夹芯的复合材料层合板受压损伤

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢