复合材料层合板低速冲击载荷下失效模式及剩余强度研究

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1、硕士学位论文复合材料层合板低速冲击载荷下失效模式及剩余强度研究STUDYONFAILUREMODESANDRESIDUALSTRENGTHOFCOMPOSITELAMINATESUNDERLOW-VELOCITYIMPACT哈雯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O.346.5学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文复合材料层合板低速冲击载荷下失效模式及剩余强度研究硕士研究生：哈雯导师：高维成教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天科学与力学系答辩日期：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:0.346.5U.D.C:531DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONFAILUREMODESANDRESIDUALSTRENGTHOFCOMPOSITELAMINATESUNDERLOW-VELOCITYIMPACTCandidate：HaWenSupervisor：Prof.GaoWeichengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：

3、SolidMechanicsAffiliation：DepartmentofAstronauticScienceandMechanics,SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要复合材料比传统材料在许多方面具有优势，被越来越多的应用于各个领域，但在使用过程中难免受到低速冲击作用，使其内部产生各种模式的损伤，而降低材料的强度与刚度等

4、性能。近年来，对于低速冲击与剩余强度问题的研究大多采用渐进失效分析方法，来预测材料在整个加载过程中的断裂失效与损伤扩展。而对于渐进失效分析方法，选取何种失效准则与损伤演化方式至关重要。在低速冲击过程中，复合材料的主要失效模式是基体失效与层间分层，即纤维间损伤，且冲击问题较为复杂，基体断裂面未必与材料主轴系重合。因此，本文采用基于物理机制的Puck准则来预测冲击过程中的基体损伤，利用选择范围的黄金分割搜索算法（SRGSS）来搜索基体的断裂面角度，采用基于应变的Hashin失效准则判断纤维的损伤起始，同时采用双线性本构模拟损

5、伤演化过程。通过ABAQUS中VUMAT子程序实现本文所提出的渐进失效预测模型，并采用复合材料层合板的压缩模拟验证了此模型的有效性，从而可以对复杂的低速冲击与冲击后的静压缩问题进行分析。首先，对T700/环氧复合材料层合板进行低速冲击及冲击后压缩试验，得到其损伤大小、损伤形式和损伤分布，并讨论冲击能量对损伤形态和冲击后剩余压缩强度的影响规律，获取损伤扩展规律，分析低速冲击与冲击后压缩载荷下的破坏机理。其次，将基于应变的Hashin失效准则与基于物理机制的Puck准则以及双线性损伤演化规律引入到VUMAT子程序中，建立复合

6、材料层合板在低速冲击载荷下的三维有限元模型，模拟复合材料在冲击载荷下各种面内损伤形式，并利用内聚力单元模拟层间分层损伤，再通过与试验数据对比，验证模型的有效性。最后，将冲击后造成的各类损伤以预定义场的形式引入到无损层合板中，建立了含冲击损伤层合板受静压缩载荷作用的有限元模型，对其进行压缩模拟，分析其损伤扩展规律和剩余压缩强度。通过试验与仿真的对比，进一步验证了模型的有效性，实现了复合材料层合板低速冲击到冲击后压缩的全程分析。关键词：复合材料；低速冲击；剩余强度；PUCK准则；SRGSS算法I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

7、AbstractCompositematerialshaveadvantagesinmanyaspectsandaremoreandmoreappliedinvariousfields.Butintheprocessofuse,itisunavoidabletobesubjectedtolow-velocityimpact,whichcausestheinternaldamageofvariousmodes,andreducesthestrengthandstiffnessofthematerial.Inrecentye

8、ars,theresearchontheproblemoflowvelocityimpactandresidualstrengthmostlyadoptstheprogressivefailureanalysismethodtopredictthefracturefailureanddamageexpansionof