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面内加载及低速冲击下复合材料层合板抗分层失效研究

作　者: 涂文琼
导　师: 陈建桥
学　校: 华中科技大学
专　业: 固体力学
关键词: 纤维增强复合材料纤维/金属层合板分层挤压强度粘聚区域模型抗冲击性能
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 59次
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内容摘要

纤维增强复合材料(FRP)由于其优越的材料性能,在航空航天、汽车、土木工程等领域得到越来越广泛的应用。同时纤维复合材料在实际使用过程中也遇到了各种各样的问题,其中复合材料层合板的连接失效与低速冲击作用下复合材料层合板分层就是其中的两个重要方面。本文采用粒子群算法对复合材料层合板销钉连接处分层挤压强度进行优化。首先采用三维有限元对连接模型进行应力分析,为尽可能模拟真实情况,考虑销钉与板之间的三维接触,然后采用修改的Ye分层准则对分层挤压强度进行预测,接着将预测的结果与文献中的实验值比较,以验证分层挤压强度计算的有效性。为了避免ANSYS中自带优化算法对初值敏感且易陷入局部最优的缺陷,借助粒子群算法与ANSYS之间的接口程序,采用全局智能优化算法(粒子群算法)对初始分层强度进行优化,在给定的约束条件下,寻找在相应的设计空间中最佳的设计变量值,以得到最优的分层挤压强度。该方法及结果可为实际工程中复合材料接头的设计提供有益的参考。本文采用粘聚区域模型,对金属/纤维层合板在低速冲击载荷作用下的分层情况进行了研究。粘聚力模型对裂纹的模拟具有它独特的优势:一是该模型不需要预先假设初始缺陷;二是在计算过程中随着裂纹的扩展,该方法不需要重新对结构进行网格划分。首先为了考察粘聚区域模型对分层开裂模拟的有效性,本文对纤维层合板在低速冲击载荷作用下,层合板的分层进行了模拟。结果显示该模型可以对分层的扩展方式、分层形状进行有效地预测。在此基础上,本文研究了低速冲击载荷作用下,纤维/金属层合板的分层情况,并将其与纤维层合板进行了比较。同时本文还调查了等密度条件下,不同铺层结构和金属含量对纤维/金属分层的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 本文研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
  1.3 本文研究内容与章节安排  14-16
2 复合材料层合板分层挤压强度计算  16-21
  2.1 引言  16
  2.2 挤压模型验证  16-18
  2.3 分层失效准则  18-19
  2.4 层合板分层挤压强度预测  19-20
  2.5 本章小结  20-21
3 复合材料层合板分层挤压强度优化  21-32
  3.1 引言  21
  3.2 粒子群算法介绍  21-28
  3.3 粒子群优化算法与有限元结合的优化方法  28
  3.4 数值结果  28-31
  3.5 本章小结  31-32
4 低速冲击下纤维/金属层合板分层研究  32-48
  4.1 引言  32-33
  4.2 单一型分层模型介绍  33-35
  4.3 混合型分层模型介绍  35-40
  4.4 纤维层合板冲击分层模拟  40-44
  4.5 纤维/金属层合板冲击分层损伤研究  44-47
  4.6 本章小结  47-48
5 结论与展望  48-51
  5.1 结论  48-49
  5.2 展望  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-61
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文  61

面内加载及低速冲击下复合材料层合板抗分层失效研究

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