含非理想横向基体裂纹复合材料层合板剪切刚度的有限元分析

摘要

纤维增强复合材料层合板由于制造和使用环境的原因，不可避免的存在着横向基体裂纹，这些裂纹也影响着层合板的刚度性能。而由于复合材料的各向异性，分析含横向基体裂纹对层合板的刚度下降存在着许多困难，特别是研究横向基体裂纹对层合板剪切模量的退化影响。本文主要探讨纤维增强复合材料设计下非理想横向基体裂纹以及闭合裂纹面桥联因子对纤维增强复合材料层合板的剪切刚度的下降的影响。
　　本文利用有限单元法探讨层合板的剪切模量的下降规律，通过现有含理想横向基体裂纹复合材料层合板理论和试验模型验证和评估了理想横向基体裂纹复合材料层合板剪切刚度的有限元模型，在此有限元模型基础上引入桥联因子来描述和评估含非理想横向基体裂纹复合材料正交对称铺设层合板和非正交对称铺设层合板的剪切模量下降规律。
　　有限元结果表明，在含非理想基体横向裂纹正交对称铺设层合板中，非理想横向基体裂纹对层合板剪切模量的退化有着显著的影响，而桥联因子与剪切模量退化下限存在正相关关系。在含非理想基体横向裂纹非正交对称铺设层合板中，随着铺层角度的增大，剪切模量降低有趋于平缓的趋势。探讨层合板刚度的下降对于纤维增强复合材料的安全设计是十分有必要的。

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