层合板混合模式分层扩展能量准则评估

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1、第46卷第3期2014年6月空航天大学UniversityofAeronautics学报8LAstronautics层合板混合模式分层扩展能量准则评估吴义韬1姚卫星2沈浩杰1(1．南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京，210016；2．南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京，210016)V01．46No．3Jun．2014摘要：对文献中已出现的复合材料层合板混合模式分层扩展能量准则进行了总结。在Reeder的研究基础上，采用11种材料的22组试验数据对其中10种分层扩展准则的预测能力进行比较全面的评估分析。评估结果表明：为兼顾准则表达式的繁

2、简程度与准则的预测精度，选用三参数BK准则和四参数Powe卜Law准则相对最优。本文研究能够为复合材料分层扩展行为研究中分层扩展准则的选用提供合理的参考依据。关键词：复合材料层合板；分层；失效准则；混合模式中图分类号：V258．3文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)03一0364一07EValuationofMixed—ModeEnergy—BasedDelaminationGrowthCriteriaofLaminatedComposites’矿“10≠no1，Y台。溉i．zi，zg2，S矗P咒H口巧ig1(1．KeyLaboratoryofFundament

3、alScienceforNationalDefense_AdvancedDesignTechnologyofFlightVehicle，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．StateKeyLaboratoryofMechanicsandContr01ofMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Mixed—modeenergy_based

4、delaminationgrowthcriteriaoflaminatedcompositesaresumma—rizedafteranextensiveliteraturesurvey．TencriteriaofthemareanalyzedcomprehensivelybasedonReeder’sresearchusing22groupsoftestdatafrom1kindsofmaterials．Evaluationresultsshowthat，E卜KcriterionwiththreeparametersandPower—Lawcriterionwithfourpa

5、rametersarerelativelybetterconsideringthecomplexityoftheexpressionandthepredictionaccuracy．Thisstudycontributesforthechoiceoftheprope．L．1Eeriaintheanalysisofdelaminationgrowthbehaviorsinfuture．Keywords：lamina氐’。omp。sites；delamination；failurecriterion；mixed—mode分层是纤维增强复合材料层合板的主要损伤模式之一。分层损伤能显著降

6、低层合板结构的强度和刚度，加速结构失稳发生，甚至造成结构灾难性的毁坏。由于其不易发现和检出，分层损伤严重威胁着复合材料结构的稳定性和完整性。复合材料层合板分层是一种层间界面断裂行为。预测分层扩展行为最常用的方法是比较分层扩展过程中能量释放率与临界能量释放率的大小。当层间裂纹尖端区域的总能量释放率(GT)大于临界能量释放率(G。)时，则认为分层扩展，新的层问裂纹面产生。分层损伤过程中能量释放率与层间界面应力状态和破坏模式有关[1屯]。单轴层间应力下，分层损伤可分为I型、II型和III型模式。实际服役过程中，层间应力状态复杂，分层损伤多为I／基金项目：国家自然科学基金(1120209

7、8)资助项目；江苏省高校优势学科建设工程资助项目。收稿日期：2013—12—24；修订日期：2014一03—02通信作者：姚卫星，男，教授，博士生导师，E—mail：wxyao@nuaa．edu．cn。航昭京№甜南dHOTJ第3期吴义韬，等：层合板混合模式分层扩展能量准则评估365II型或者I／II／III型混合模式。由于III型能量释放率不易测量和分离，试验常常集中在I／II型混合模式下的分层扩展研究。对分层扩展行为的研究，研究者已提出了10余种基于能量释放率表达的分层扩展判定