含紧固复合材料层合板疲劳分层扩展研究

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1、中图分类号：TB332论文编号：102870118-S070学科分类号：080104硕士学位论文含紧固复合材料层合板疲劳分层扩展研究研究生姓名张霞学科、专业工程力学研究方向工程问题的力学建模与数值仿真指导教师林智育副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringProgressivedelaminationgrowthincompo

2、sitelaminateswithfastenersunderfatigueloadAThesisinEngineeringMechanicsByZhangXiaAdvisedbyAssociateProf.LinZhiyuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论

3、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要复合材料因其优越的力学性能，被广泛地应用于现代飞机结构中。但是复合材料结构在生产过程中出现的制造缺陷和使用过程中受到的冲击损伤，会导致结构承载能力及使用寿命的下降，严重时甚至会危及飞行安全。

4、其中分层损伤是最主要的损伤形式，对于分层损伤，工程上往往采用增加紧固件的方法进行修补。本文针对紧固件对层板疲劳分层扩展的影响开展研究。本文以含埋藏分层损伤的复合材料层板为研究对象，基于ABAQUS仿真软件平台，建立静力载荷作用下的含预置分层复合材料层板结构的有限元模型。通过仿真计算，得到含埋藏分层、含孔埋藏分层和含紧固埋藏分层层板的载荷—位移曲线，并通过虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率，采用B-K准则模拟层间分层的扩展，模拟预测层板的静态分层扩展特性，分析紧固件对层板分层扩展的影响。并讨论了分层及螺栓尺寸、分层位置、铺层

5、顺序等参数对分层扩展的影响。基于ABAQUS/Explicit模块，建立疲劳载荷作用下的含预置分层复合材料层板结构的有限元模型。引入自编的VUMAT子程序，在子程序中，定义改进的Hashin准则判断层板单元损伤，基于累积损伤理论和剩余强度理论，弱化材料性能。研究含埋藏分层层板和含紧固埋藏分层层板的疲劳损伤和分层扩展行为，并分析紧固件对层板疲劳分层扩展的影响。并讨论了应力水平、分层及螺栓尺寸、分层位置、铺层顺序等参数对疲劳分层扩展的影响。关键词：复合材料层合板，虚拟裂纹闭合技术，有限元分析，能量释放率，疲劳分层扩展本文的

6、研究工作得到了江苏省自然科学基金项目（BK20160786），国家自然科学基金(11102082)和江苏省高校优势学科建设工程的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。i含紧固复合材料层合板疲劳分层扩展研究ABSTRACTCompositelaminateshavebeenwidelyusedinmodernaircraftindustrybecauseoftheirperfectmechanicalproperties.However,themanufacturingdefectsandimpactda

7、magedefectsariseinthecompositestructureduringtheprocessofproductionanduse，whichwillleadtoadeclineinthebearingcapacityandservicelifeofthestructure,andeventhreatenthesafetyoftheaircraftseriously.Thedelaminationdamageisthemostimportantformofdamageincompositelaminat

8、es,whichisoftenrepairedbyusingfastenersinengineering.Theeffectoffastenersondelaminationgrowthisstudied.Adevelopedfiniteelementmodelcombiningvirtualcrackclosuretechnol