含率相关非线性剪切关系的复合材料损伤模型

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：含率相关非线性剪切关系的复合材料损伤模型Compositematerialdamagemodelincludingstrainrate-dependentnonlinearshearstressstrainrelationship作者姓名：罗鹏指导教师姓名：陈静芬及学位、职称：博士、副研究员学科、专业名称：土木工程结构工程学位类型：工学硕士论文提交日期：2018.06.10论文答辩日期：2018.05.31答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：摘要纤维增强复合材料由于其优良的性能如高比模量和比强度，能量

2、吸收性能和抗疲劳性能等被广泛应用于土木、机械、航空航天和海洋等工程领域。然而，其力学行为和破坏模式非常复杂，比如其力学行为展现出显著的非线性和率相关性以及由于损伤累积导致的刚度退化属性等。为准确预测纤维增强复合材料的力学响应，有必要建立考虑这些因素的材料本构关系模型。纤维增强复合材料的力学行为展现出显著的非线性和率相关性。为准确预测纤维增强复合材料的力学响应，本文将建立考虑纤维增强复合材料的剪切非线性、应变率相关性和损伤累积导致的材料属性退化的复合材料损伤本构模型。纤维增强树脂基复合材料在剪切方向力学行为具有显著的应变率效应。通过对已报道不同应变率下

3、复合材料单向板的偏轴压缩试验数据进行分析和拟合，得出含应变率的复合材料非线性剪切关系。在连续损伤力学的框架内，采用损伤模型判断损伤的初始与演化，建立复合材料考虑应变率相关非线性剪切行为的渐进损伤本构模型。推导本构模型的显式积分算法，编写用户子程序VUMAT并嵌于有限元程序Abaqusv6.14中，解决采用含应变软化段本构关系的有限元数值分析因计算困难导致分析提前终止的问题。通过对偏轴AS4/3501-6碳纤维/环氧树脂复合材料单向板在不同应变率下的渐进失效分析展示了复合材料损伤本构模型的有效性。预测结果表明模型能有效地模拟复合材料应变率相关的力学行为

4、。关键词：复合材料损伤本构模型；应变率效应；非线性剪切关系；显式积分算法；渐进失效分析IAbstractFiberreinforcedcompositematerialshavebeenextensivelyappliedincivilengineering,mechanicalengineering,aerospaceandoceanindustriesduetotheirsuperiorperformance,suchashighstiffness-to-weightratio,highstrength-to-weightratio,gooden

5、ergyabsorptioncapabilityandfatigueresistance.However,theirmechanicalbehaviorandfailuremodesarerathercomplex,forexample,thepronouncednonlinearity,strainratedependent-mechanicalbehaviorandmaterialpropertiesdegradationduetodamageaccumulationetc.Inordertoaccuratelypredictthemechani

6、calresponseoffiberreinforcedcompositematerials,itisofsignificancetoestablishamaterialconstitutivemodelthatconsidersthesefactors.Inthisdissertation,adamageconstitutivemodelofcompositematerialsisestablishedconsideringtheirshearnonlinearity,strainratedependent-behaviorandmaterialp

7、ropertiesdegradationduetodamageaccumulation.Manyfiberreinforcedcompositematerialsdemonstratepronouncedstrainrate-dependentmechanicalbehaviorinsheardirection.First,astrainrate-dependentnonlinearshearstressstrainrelationshipisdevelopedbasedonanalyzingandcurvefittingofreportedexpe

8、rimentaldataofoff-axisunidirectionalfiberreinforcedcom