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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1、华中科技大学硕士学位论文面内加载及低速冲击下复合材料层合板抗分层失效研究姓名：涂文琼申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：陈建桥2010-12-21华中科技大学硕士学位论文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

2、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

3、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

4、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。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I华中科技大学硕士学位论文AbstractFiberReinforcedPlastics(FRP)iswidelyusedinaerospaceindustry,automobileareaandcivilengineering,owingtoitsexcellentproperties,suchashighspecificstre

5、ngthandmodulusanditsdesignability.Butmeanwhile,variousproblemscomeoutduringtheapplicationofFRPintherealengineeringstructure.Twoimportantissuessarethefailureofcompositesjointsunderbearingloadandthedelaminationofcompositelaminatesunderlow-velocityimpac

6、t.OneaimofthispaperistodevelopamethodthatcombinesFiniteElementAnalysis(FEA)andevolutionaryalgorithmsinpredictingandmaximizingthedelaminationbearingstrengthofcompositepinjoints.First,basedonthree-dimensionalcontactanalysisaroundthevicinityofpinjoints,

7、thedelaminationbearingstrengthofjointsispredictedusingthemodifiedYe-delaminationcriterion.Then,themaximizationofthestrengthisstudied.ToovercomethedisadvantagethattheoptimizationalgorithmincorporatedinANSYSisbothsensitivetotheinitialvalueandliabletoge

8、tinvolvedinthelocaloptimum,aglobalintelligentoptimizationalgorithm-ParticleSwarmOptimization(PSO)isusedtooptimizethedelaminationbearingstrength.Theoptimumdesignvariablesanddelaminationbearingstrengthareachievedunderthegivenconstraintconditionandthein