热塑性层合板自由边缘分层的力学行为研究

摘要

自由边缘分层损伤是热塑性复合材料AS4/PEEK层合板破坏的重要原因之一，对自由边缘分层行为的定量分析是这种热塑性层合板及其结构失效评价的重要基础。 本文采用三维各向异性弹性有限元方法，考虑自由边缘分层裂纹尖端应力的r-1/2奇异性，建立了含自由边缘分层裂纹的热塑性AS4/PEEK受拉伸层合板的断裂力学有限元模型；用该模型分析AS4/PEEK[0/90],、[0/±45/90]2s知和[±25]s4层合板不同层间分层裂纹尖端前缘的层间应力分布，及其与自由边缘效应的相互影响。结果表明：自由边缘分层裂纹会使[0/90]s的层间正应力σy,[0/±45/90]2s的-45/90层间σy、τxy和[±25]s4层间的τxy在自由边缘处显著增加。 以上述断裂力学有限元模型为母模型，采用三重考虑纤维基体两相的细观子模型有限元方法，初步分析自由边缘分层对自由边缘处几何层间附近区域的纤维基体界面细观弹塑性应力分布的影响，结果表明：纤维基体界面的应力值大于相应位置处的几何层间应力值。

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究进展

1.2.1自由边缘效应的研究进展

1.2.2复合材料层合板分层问题的研究进展

1.3本文主要工作

第二章复合材料层合板理论和有限元方法

2.1复合材料层合板理论和边缘效应,分层复合材料层合板宏观理论

2.1.1层合板理论

2.1.2自由边缘效应

2.1.3层间应力的计算方法

2.2有限元方法

2.2.1有限单元法原理

2.2.2有限元软件ANSYS

2.2.3有限元软件中断裂力学知识

第三章AS4/PEEK层合板自由边缘分层数值分析

3.1单层板AS4/PEEK的三维各向异性材料性能

3.2[0/90]s层合板模型含分层裂纹自由边缘效应

3.2.1有限元模型

3.2.2层间应力分析比较

3.2.3含裂纹层间界面x=1.75处层间应力分析比较

3.2.4层间裂纹前缘不同层间应力比较

3.3[0/±45/90]2s层合板含分层裂纹自由边缘效应

3.3.1有限元模型

3.3.2层间应力比较

3.3.3含裂纹层间界面x=1.75处层间应力与无裂纹时分析比较

3.3.4层间裂纹前缘不同层间应力比较

3.4[±25]s4层合板模型含分层裂纹自由边缘效应

3.4.1层间应力分析比较

3.4.2含裂纹层间界面x=1.75处层间应力分析比较

3.4.3层间裂纹前缘不同层间应力比较

第四章分层细观力学行为分析

4.1层合板的层间细观子模型

4.2 0/45层间裂纹尖端细观模型分析

4.2.1多重子模型

4.2.2 0/45层间纤维基体脱粘和分层比较

4.2.3不同方向纤维与基体脱粘趋势比较

4.2.4细观模型裂纹尖端附近自由表面应力分布

4.2.5细观模型裂纹尖端附近层间界面处层间应力分布

4.3 -45/90层间裂纹尖端细观模型分析

4.3.1多重子模型

4.3.2 -45/90层间纤维基体脱粘和分层比较

4.3.3不同方向纤维与基体脱粘趋势比较

4.3.4细观模型裂纹尖端附近自由表面应力分布

4.3.5细观模型裂纹尖端附近层间界面处层间应力分布

第五章全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢