基体开裂的复合材料对称层合板的粘弹性力学行为

摘要

复合材料是由两种或两种以上的材料经过物理方法组合而成，它通常是一种多相非均质的各向异性材料。作为一种新型材料，它具有传统单一材料所不具备的优越性能，在航天和航空领域上具有很好的应用前景。但是，随着复合材料应用的不断增加，复合材料结构的损伤与失效越来越受到人们关注。从宏观现象损伤破坏模式看，复合材料层合板的损伤类型可分为四种：基体开裂、纤维断裂、纤维与基体界面脱胶开裂和分层。并且还依赖于诸多参数，如纤维、树脂的性能、铺层顺序、固化过程、环境温度以及使用条件等。各种损伤都会或多或少地对复合材料面内的力学性能产生不同程度的影响。 本文从理论上讨论了含有均匀基体裂纹的复合材料对称层合板的线性粘弹性力学行为。采用二维剪切滞后模型并对其层间剪应力在厚度方向进行线性假设分布，求得层合板的平均应力应变的线弹性解。在弹性-粘弹性对应原理和复合材料等效约束模型(Equivalent Constraint Model，ECM)的基础上本文对复合材料层合板的粘弹性基体开裂进行了讨论和研究，并且考虑含有基体裂纹的复合材料对称层合板的线性粘弹性力学行为与裂纹层铺层角之间的关系。最后讨论了在交变载荷作用下材料参数与频率的关系。结果表明：含有基体裂纹的复合材料对称层合板的材料参数随着裂纹密度和时间增大而减少；单位应变能释放率随着时间和密度的增加有所降低，并且随着裂纹层铺层角的增加而增加；在交变载荷作用下储能模量和储能剪切模量随着频率的增加而增加。通过对Zocher的解析解和有限元数值解作比较，其结果非常吻合。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究概况

1.2.1复合材料层合板的弹性基体开裂研究概况

1.2.2复合材料层合板的粘弹性基体开裂研究概况

1.3本文的研究目的及研究内容

第二章 弹性-粘弹性对应原理

2.1粘弹性力学

2.2粘弹性本构关系和对应原理

第三章 复合材料对称层合板的弹性基体开裂

3.1应力分析

3.2ECM刚度退化理论

3.3应变能释放率

第四章 准静态条件下的粘弹性基体开裂

4.1单向板的材料参数

4.2正交铺层层合板的粘弹性力学行为

4.2.1应力应变结果和分析

4.2.2层合板材料参数的结果和分析

4.3斜铺层层合板的粘弹性力学行为

4.3.1应力应变结果和分析

4.3.2层合板材料参数的结果和分析

4.3.3应变能释放率的结果和分析

第五章 交变载荷下的粘弹性基体开裂

5.1模量和泊松比结果和分析

5.2应变能释放率结果和分析

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

附录

主要参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢