复合材料层合板面内渐进损伤分析的cdm模型

《复合材料层合板面内渐进损伤分析的cdm模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第46卷第1期力学学报Vol.46，No.12014年1月ChineseJournalofTheoreticalandAppliedMechanicsJan.，2014研究论文1)复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型吴义韬姚卫星y;2)吴富强(飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京航空航天大学，南京210016)y(机械结构力学及控制国家重点实验室，南京航空航天大学，南京210016)摘要基于连续介质损伤力学，提出了一个预测复合材料层合板面内渐进损伤分析的模型，它包括损伤表征、损伤判定和损伤演化3部分.模型能

2、够区分纤维拉伸断裂、纤维压缩断裂、纤维间拉伸损伤和纤维间压缩损伤4种损伤模式，定义了与4个损伤模式对应的损伤状态变量，导出了材料主轴系下损伤前后材料本构之间的关系.损伤起始采用Puck准则判定，损伤演化由特征长度内应变能释放密度控制.假定材料服从线性应变软化行为，建立了损伤状态变量关于断裂面上等效应变的渐进损伤演化法则.模型涵盖了复合材料面内损伤起始、演化直至最终失效的全过程.完成了含孔[45=0=45=90]2S层合板在拉伸和压缩载荷下失效分析，结果表明该模型能合理进行层合板的强度预测和损伤失效分析.关键词复合材料层合板

3、，材料本构，渐进损伤演化，Puck准则中图分类号：TB33文献标识码：Adoi：10.6052/0459-1879-13-106引言量的试验校核得出.近年来，连续介质损伤力学分析方法在复合材料渐进损伤失效研究中被越来越多学纤维增强复合材料因比强度高、比模量大、可设者所采用.该方法包括损伤表征、损伤判定和损伤计性强等优点在新一代客机上得到广泛应用[1].纤演化3部分.损伤用损伤状态变量表征，文献[13-维增强复合材料的各向异性，叠层铺设灵活性，以及25]中研究者都采用多个损伤状态变量对应复合材使用过程中损伤模式多样性和损伤机理

4、复杂性等特料的不同损伤模式，通过损伤状态变量的引入建立点给复合材料应力分析和结构强度预测带来很大的了损伤材料与完好材料本构之间的关系.损伤是否发挑战.因而，在深入理解失效机理的基础上建立合理生用强度准则判定，最常见的失效准则是Hashin准的分析模型是复合材料失效研究和强度预测的关键.则，该准则能区分损伤模式，且考虑了材料主轴应力复合材料层合板的渐进损伤失效分析是当前复之间的交互作用影响，但无法解释了横向压缩对剪切破坏的抑制效应[26]，也无法确定真实材料损伤断合材料强度研究的热点之一.分析方法大致可分为裂面方向[10].损

5、伤出现后其演化规律是研究难点，断裂力学方法、连续介质损伤力学(continuumdam-agemechanics,CDM)方法和唯象分析法.断裂力学目前研究者提出了不少损伤演化模型.Matzenmiller等[13]认为损伤的演化与损伤断裂面上的有效应力方法主要是通过研究纤维间裂纹增生机制来预测层合板剩余刚度和剩余强度.该方法能考虑铺层顺序分量有关，提出损伤状态变量的指数型表达公式.Maimi等[14-15]从材料的Gibbs自由能密度出发，和铺层厚度的影响，一般只适用于单一损伤模式、简单叠层层合板失效分析[2-4].唯象分

6、析法基于应理论推导出含面内损伤的复合材料二维损伤本构，损伤演化法则是热力学参量的函数.Lopes等[16]将力--应变分析和失效判定，失效发生后根据失效模式对材料属性进行直接折减[5-9]或建立折减系数关Maimi的二维模型发展为三维模型，对复合材料层于单层应力--应变的函数关系[10-12].该方法不受铺合板低速冲击损伤进行了有效的数值模拟.Lapczyk等[17]和Falzon等[18-19]基于应变能释放分析，分别层顺序的约束，但需要根据具体材料和结构形式选取合适的折减系数，而这些系数的确定需要通过大提出了材料损伤线性

7、软化模型.其中，Lapczyk的线2013–04–03收到第1稿，2013–07–01收到修改稿.1)国家自然科学基金(11202098)和江苏高校优势学科建设工程资助项目.2)姚卫星,教授，主要研究方向：飞行器综合设计和结构设计理论.E-mail：wxyao@nuaa.edu.cn第1期吴义韬等：复合材料层合板面内渐进损伤分析的CDM模型95性软化模型中损伤的增加采用等效位移控制，而Fal-1.1应力分析zon的线性软化模型中损伤的增加采用应变控制.Mohr--Coulomb断裂理论认为：材料断裂与否取Linde等[20]

8、分别给出了对应纤维和基体损伤模式的决于断裂面上的应力.置于层合板中的某一子层，其指数型演化法则，该演化法则中还引入了单元特征空间应力状态如图1所示，图中(x1,x2,x3)为材料主长度，在一定程度上降低了损伤演化阶段网格的敏轴系，(x1,xn,xt)为损伤主轴系(图2).垂直于x1的感性.