复合材料层合板疲劳行为研究

摘要

复合材料在船舶、汽车和航空航天等工业领域得到了广泛的应用，而织物复合材料因其比强度高、材料可设计性好、热膨胀系数小等诸多优势，越来越多的引起科研工作者和工程技术人员的重视。本文以复合材料织物单向板的疲劳试验为基础，探究织物层合板的疲劳性能，发展出一套适用于织物复合材料层合板疲劳累积损伤失效分析的寿命预测方法。
　　首先，将单向纤维增强复合材料层合板疲劳累积损伤寿命预测理论加以推广，应用于织物复合材料层合板，引入强度、刚度退化公式和扩展的Hashin疲劳失效准则，建立织物复合材料层合板疲劳累积损伤寿命预测方法。
　　其次，开展织物单向层合板准静态拉伸试验，分析其拉伸和剪切强度值；之后进行拉-拉疲劳试验，得到织物单向板的应力-寿命曲线，分析其疲劳破坏形式；利用数学软件拟合得到织物层合板各主方向的强度和刚度退化公式。
　　再次，基于本文推广得到的织物复合材料层合板疲劳累积损伤寿命预测方法，利用FORTRAN语言编写有限元软件ABAQUS的UMAT材料子程序，实现对含孔、不对称铺层织物层合板进行应力分析、疲劳损伤失效模式判断、材料性能逐渐退化、材料性能突然退化以及疲劳寿命预测的分析过程。
　　最后，开展含孔织物层合板的拉-拉疲劳试验，对本文数值模拟所得结果进行验证，验证本文推广得到的复合材料织物层合板疲劳寿命预测方法的适用性与可靠性。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1织物复合材料

1.2.2复合材料疲劳破坏机理研究

1.2.3复合材料层合板疲劳寿命预测

1.3本文的主要研究内容

第2章 复合材料层合板疲劳寿命预测方法

2.1引言

2.2复合材料应力分析

2.3层合板疲劳失效模式及破坏准则

2.4损伤破坏过程中材料性能折减方法

2.5损伤累积过程中材料性能逐渐退化方法

2.5.1等寿命模型

2.5.2刚度和强度退化公式

2.6本章小结

第3章 织物单向板疲劳性能试验研究

3.1引言

3.2试验设备

3.3[(0,9)]16织物单向板疲劳性能试验研究

3.3.1 [(0,9)]16织物单向板准静态拉伸试验

3.3.2 [(0,9)]16织物单向板拉-拉疲劳试验

3.4 [(±45)]16织物单向板疲劳性能试验研究

3.4.1 [(±45)]16织物单向板准静态拉伸试验

3.4.2 [(±45)]16织物单向板拉-拉疲劳试验

3.5本章小结

第4章 织物层合板疲劳寿命预测与试验验证

4.1引言

4.2 UMAT材料子程序

4.3织物层合板疲劳寿命预测

4.3.1输入参数

4.3.2有限元模型

4.3.3 ABAQUS疲劳分析

4.3.4模拟结果

4.4织物层合板疲劳性能试验验证

4.4.1织物层合板准静态拉伸试验

4.4.2织物层合板拉-拉疲劳试验

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢