复合材料层合板开口补强方案优化研究

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1、硕士学位论文复合材料层合板开口补强方案优化研究OPTIMIZATIONSTUDYONREINFORCEMENTSCHEMEFORCOMPOSITELAMINATEDPLATESWITHACUTOUT周红剑哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O346.5学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工程硕士学位论文复合材料层合板开口补强方案优化研究硕士研究生：周红剑导师：赵俊青副教授申请学位：工程硕士学科：固体力学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O346.5U.D.C:531

2、DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringOPTIMIZATIONSTUDYONREINFORCEMENTSCHEMEFORCOMPOSITELAMINATEDPLATESWITHACUTOUTCandidate：ZhouHongjianSupervisor：Prof.ZhaoJunqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefenc

3、e：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要复合材料在航空航天领域中的应用越来越广泛，由于某些结构设计上的需要，比如设备安装、管道通过等，对结构进行开口处理一直难以避免。与传统的金属材料不同，开口会使复合材料铺层中的纤维被切断，形成开口边缘的高应力区。同时复合材料的各向异性又会使得承载时开口区域产生边缘效应，这将大大削弱结构的稳定性与静强度，导致开口边缘局部提前破坏，直接影响其使用的安全性，所以对结构开口补强技术的研究则显得尤为重要。本文以航空结构复合材料构

4、件中的受压层合板为研究对象，主要研究内容如下：首先对于国内外关于复合材料层合板结构开口补强方式进行了调研分析，将结构的稳定性和静强度作为根据，针对圆形开口对碳纤维复合材料层合板力学性能的削弱提出了金属板补强和Z-pin补强两种补强方案。然后对于金属板补强和Z-pin补强方案中所涉及到的试验件，开展了开口层合板的准静态压缩试验，得到结构的屈曲载荷、破坏载荷以及应变和载荷的变化曲线，同时通过三维DIC数字散斑技术得到试验件的全场应变变化，并从结构的应力应变分布以及稳定性承载能力等方面分别评价了两种补强方案的补强效果和补强效率。最后通过Solidworks建立了

5、金属板补强方案中的实体模型，利用FORTRAN语言编写有限元软件ABAQUS的UMAT材料子程序，并引入三维Hashin失效准则，完成了对开口层合板进行金属板补强前后的有限元分析，从结构的应力状态以及损伤演化过程分析了金属板对开口层合板的补强效果，同时根据仿真与试验得到的载荷-位移曲线，从模量和强度两个方面对试验结果与仿真结果进行了对比分析，验证了仿真结果的有效性。关键词：复合材料；开口层合板；金属板补强；Z-pin补强；UMATIAbstractAbstractTheapplicationofcompositematerialsintheaerospac

6、efieldisbecomingmoreandmoreextensive.Duetocertainstructuraldesignrequirements,suchasequipmentinstallationandpipelinepassage,ithasbeendifficulttoavoidopeningthestructure.Unliketraditionalmetallicmaterials,theopeningscutthefibersinthecompositelay-upandformhigh-stressareasattheedgeso

7、ftheopenings.Atthesametime,theanisotropyofthecompositematerialwillleadtotheedgeeffectintheopeningareaduringtheloading,whichwillgreatlyweakenthestabilityandstaticstrengthofthestructure,leadingtopartialdamageoftheopeningedgeprematurely,andaffectthesafetyofitsusedirectly.Strongtechno

8、logyresearchisparticularlyimporta