复合材料梁腹板剪切稳定分析及破坏载荷预报

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1、硕士学位论文复合材料梁腹板剪切稳定分析及破坏载荷预报SHEARSTABILITYANALYSISANDFAILURELOADPREDICTIONOFCOMPOSITEBEAMWEB吕超哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O.346.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文复合材料梁腹板剪切稳定分析及破坏载荷预报硕士研究生：吕超导师：程燕平教授申请学位：工学硕士学科：力学所在单位：航天科学与力学系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O.346.2U.D.C:

2、621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSHEARSTABILITYANALYSISANDFAILURELOADPREDICTIONOFCOMPOSITEBEAMWEBCandidate：LvChaoSupervisor：Prof.ChengYanPingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicsAffiliation：DepartmentofAerospaceEngineeringandMechanic

3、sSchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnologyAbstract摘要复合材料梁在飞机结构中的应用越来越广，而常常由于梁腹板失稳而发生破坏，因此对梁腹板的稳定性进行分析以及其对其破坏载荷进行预报是非常必要的。由于复合材料是一种多相材料，其细观力学性能在一定程度上决定其宏观特性。以研究细观组分性能为出发点，从而达到预报和分析复合材料宏观力学性能的目的，是值得深入研究的课题。本文通过线性有限元计

4、算方法对复合材料I形梁进行稳定性分析，同时在考虑到复合材料微观性能和损伤的情况下，建立直观的细观力学分析模型，对复合材料I形梁腹板的破坏载荷进行预报。首先根据试验需要进行合理的试验方案设计，并对考核区的应变数据进行重点分析，将其带入稳定性判据，对考核区稳定性进行分析得到该结构的失稳载荷。另一方面记录结构破坏时考核区应变值、破坏载荷、加载点位移，为有限元仿真预报提供试验依据。其次基于复合材料梁腹板稳定性试验结果，在ABAQUS软件中建立三维有限元仿真模型。在加入初始缺陷之后，对梁腹板进行稳定性分析，对加载过程进行了有限元模拟，得到了加载点的载

5、荷位移曲线，对梁腹板剪切稳定性进行分析，得到了梁腹板的失稳载荷。通过将仿真所得载荷位移曲线和试验对比，验证了仿真模型的有效性与精确性。最后考虑到复合材料梁腹板在承受载荷的条件下是一种渐进损伤的过程，本文引入细观力学单胞模型理论，将该理论与渐进损伤的理论整合编写成VUMAT，植入到ABAQUS软件，在此平台的基础上实现对梁腹板破坏载荷的预报。关键词：复合材料I形梁；细观力学；单胞模型；渐进损伤；破坏载荷预报-I-AbstractAbstractCompositematerialbeambecomeswiderandwiderapplicati

6、oninAircraftStructures,butwebplatesareoftendamagedbecauseofinstability.Soitisevenmorenecessaryforanalyzingthestabilityofwebplatesandpredictingofitsfailureload.Duetocompositematerialisakindofmultiphasematerials.Macroscopicmechanicspropertyofcompositematerialiscloselyrelated

7、tomicro-properties.Predictingandanalyzingthemacroscopicmechanicspropertyofcompositematerialhavebecomeimportantresearchtopicwithmoreandmoreattentionfrommicro-componentsaspects.Inthepaper,stabilityofI-sectionbeamisanalyzedbythemethodsofnonlinearFEM.Meanwhile,consideringtheco

8、nditionofbeingobtainedmicrostructuralmechanicalpropertiesanddamaging.Wesetupandirectmicro