含分层损伤复合材料层合板屈曲与后屈曲研究

摘要

复合材料因其具有高强度比和高模量比以及可设计性强等优异的性能而大量运用于航空、航天、交通等领域。近年来，世界范围内的复合材料需求量连年增长，其运用的领域也逐渐扩大。然而复合材料相对于传统材料却具有一个很明显的缺点，即抗冲击性差，较小能量的冲击就会给复合材料结构带来较大的损伤，其中分层是最为严重的损伤模式，会大大降低结构的承载性能。因此，定性定量地研究分层对复合材料力学性能的影响，对于复合材料的工程应用有重要意义。 基于有限元软件Abaqus，引入复合材料的渐进损伤方法，利用Abaqus中自嵌的内聚力界面来模拟复合材料铺层之间的分层损伤，可以有效地预测含分层损伤复合材料层合板在压缩载荷下的屈曲及后屈曲行为。利用该方法分别计算了含30种不同分层半径、分层深度的平板，分析了分层损伤对于平板一阶屈曲模态、临界屈曲载荷、后屈曲变形以及极限载荷的影响。发现当分层位置越接近厚度中间，平板越容易发生整体屈曲，且临界屈曲载荷与无损伤板的临界屈曲载荷越接近；而分层半径越大、分层越接近平板表层，则越容易发生局部屈曲，且临界屈曲载荷越小。分层半径相对于分层位置对极限载荷的影响要更大，即当分层半径相同，分层处于不同位置的平板其极限载荷相差不大，而当分层半径相差较大时，不同平板的极限载荷相差较大。 在平板的基础上，还分别计算了三种不同曲率的曲板以及它们含分层损伤时的极限载荷，分析了在加载过程中曲板单元的四种损伤情况及渐变过程，研究了曲率、分层半径、分层位置对于曲板变形形态、极限载荷的影响。结果表明：在一定范围内，曲率越大的曲板，其极限载荷越大，且含分层损伤时，其极限载荷值越接近无损伤曲板的极限载荷。相对于含分层损伤平板，含分层曲板中的分层对于极限载荷的影响相对较小。

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