基于SHTB实验数值法的纤维增强复合材料动态断裂韧性研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：：编号工学硕士学位论文基于ＳＨＴＢ实验数值法的纤维增强复合材料动态断裂韧性研究硕士研究生：李冰强指导教师：李宏亮教授学科、专业：力学论文主审人：邹广平教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于SHTB实验数值法的纤维增强复合材料动态断裂韧性研究硕士研究生：李冰强指导教师：李宏亮教授学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADis

2、sertationfortheDegreeofM.EngStudyonDynamicFractureToughnessofFiberReinforcedCompositesBySHTBExperimentalNumericalMethodCandidate:LiBingqiangSupervisor:Prof.LiHongliangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicsDateofSubmission:Jan.,2018DateofOralExamination:Mar.,2018Univers

3、ity:HarbinEngineeringUniversity摘要随着材料科学的发展，复合材料在近些年以其优越的力学性能广泛应用于国民经济的相关行业。通过对大量工程事故的研究分析，许多损伤的诱因都源于复合材料的断裂行为。断裂行为非常危险且不易察觉，原因是材料在生产和实际应用过程中容易形成内部裂纹，当材料受到载荷作用时，裂纹的存在使得构件以远小于强度准则的应力值开裂破坏。很多断裂事故都是在安全载荷范围内发生的，工程构件内部的裂纹具有很大的安全隐患。因此对于复合材料中裂纹的动态断裂研究尤为重要且意义深远，成为了越来越多科研工作者关注和研究的课题。本文以玻璃纤维增强复合材料制备的紧凑拉伸

4、试样为模型，应用霍普金森拉杆实验技术对其动态力学行为进行研究。同时应用数值模拟软件对实验过程进行还原验证，更深层次的探究试样相关参数变化对复合材料动态断裂行为的影响，本文的主要内容包括：选取玻璃纤维增强复合材料制备的紧凑拉伸试样，测定其基本力学参数。对两种铺设方式的材料分别进行霍普金森拉杆动态断裂实验，采用J判据来表征材料的动态断裂°韧性值，将正交铺设与45铺设的层合板实验数据进行对比。同时应用数值仿真软件对动态断裂实验进行模拟，得到两种试样的动态断裂韧性仿真值，验证数值仿真的准确性与可行性。并得到试样在动态断裂过程中的应力分布情况。利用数值仿真软件研究材料参数变化对应力分布及动态

5、断裂相关参数的影响。主要包括铺层角度铺设方式的变化、试样厚度变化、裂纹长度变化。采用控制变量的原则，研究当试样某个参数改变时，对试样的应力变化及分布情况、试样的起裂时刻、最大应力值、动态断裂韧性值等多个相关力学参数的影响情况并得到这些相关变量的变化曲线及数值。继而得到复合材料层合板在动态断裂实验过程中的相关参数规律，为后续科研工作打下基础并提供参考。关键词：紧凑拉伸试样；纤维增强复合材料；霍普金森拉杆；数值模拟；动态断裂韧性IABSTRACTWiththedevelopmentofMaterialsscience,Compositeshavebeenwidelyusedinther

6、elatedindustriesofnationaleconomyinrecentyearsduetotheirsuperiormechanicalproperties.Throughtheanalysisoflargenumberengineeringaccidents,manycausesofdamagearefromthefracturebehaviorofmaterials.Fracturebehaviorisverydangerousandimperceptible，Thereasonisthatit’seasytoforminternalcracksintheproce

7、ssofproductionandpracticalapplication.Whenmaterialsaresubjectedtotheload,theexistenceofcracksmakethememberstocrackatastressvaluemuchlessthanthestrengthcriterion.Manyfractureaccidentsoccurredinthesafeloadrange,sotheinternalcracksofengine