复合材料加筋板结构低速冲击损伤特性研究

摘要

复合材料结构在航空航天领域的成功使用虽然只有几十年历史，但是由于其比强度和比刚度高以及可设计性强等优点，在航空航天领域得到了广泛应用。然而复合材料的冲击损伤性能却是其很大的不足。由于利用试验研究复合材料的冲击损伤存在成本高以及周期长等缺点，而有限元数值模拟的结果也能有足够的精确度，并且随着计算机计算能力的提升，有限元方法在对复合材料的冲击过程模拟中越来越常用。
　　本文通过建立有效的3D冲击动力学模型，对复合材料层合板在低速冲击下的损伤行为进行分析和预测。通过选用合适的材料模型、单元类型和添加不同的接触，复合材料单层板采用Chang-Chang失效准则作为失效判据，而层间失效则选用二次名义应力准则和B-K准则判断损伤起始和损伤扩展，得到复合材料的层内失效和层间分层失效。再利用刚度和强度退化方案模拟层合板的逐渐累积损伤分析过程，更加真实地反映了复合材料层合板的失效过程。通过对比各项损伤参数，说明了该数值模型的有效性和准确性。
　　利用上述经过验证的有限元建模方法，探讨和分析了铺层厚度、连续铺层厚度、铺层比例和铺层夹角对层合板低速冲击损伤特性的影响，并提出合理的层合板设计的建议。
　　利用该数值模拟方法分析复合材料加筋板冲击的损伤性能。通过筋条的介入与否，冲击位置的不同和筋条间距对冲击损伤的影响来分析复合材料加筋板的冲击损伤特性。

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注释表

缩略词

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究状况

1.3 研究意义及内容

第二章 复合材料层合板冲击损伤理论分析

2.1 冲击动力学计算方法

2.2 冲击动力学计算模型

2.3 复合材料失效

2.4 逐渐累积冲击损伤分析

2.5本章小结

第三章 层合板低速冲击损伤的数值分析

3.1引言

3.2有限元建模

3.3 数值模拟结果对比

3.4 本章小结

第四章 复合材料层合板的损伤特性研究

4.1 引言

4.2 铺层厚度对复合材料冲击损伤特性的影响

4.3 连续铺层厚度对复合材料冲击损伤特性的影响

4.4 铺层比例对复合材料冲击损伤特性的影响

4.5 铺层夹角对复合材料冲击损伤特性的影响

4.6 本章小结

第五章 复合材料加筋板的冲击损伤特性研究

5.1 引言

5.2复合材料加筋板冲击损伤分析

5.3筋条的介入对复合材料板冲击损伤性能的影响

5.4 冲击位置对复合材料加筋板冲击损伤特性的影响

5.5 筋条间距对复合材料加筋板冲击损伤特性的影响

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 进一步研究的工作

参考文献

致谢

在学期间研究成果及发表的学术论文