复合材料层板疲劳分层扩展研究

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1、第5卷第1期航空工程进展V01．5No．12014年2月ADVANCESINAER()NAUTICAI。SCIENCEANDENGINEERINGFeb．2014文章编号：1674—8190(2014)0104607复合材料层板疲劳分层扩展研究何凡，林智育(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)摘要：为了分析复合材料层板疲劳分层扩展行为，基于Abaqus有限元分析平台，建立分层扩展复合材料层板有限元分析模型。选用基于能量释放率的分层扩展判据，结合剩余强度模型弱化材料性能，引入VUMAT用户子程序实现模型疲劳损伤失效

2、的判断及材料刚度性能的折减，模拟含分层复合材料层板在疲劳压缩载荷作用下的分层扩展行为。结果表明：分层长度随着疲劳载荷地施加不断增大，但扩展速率逐渐减小，最终分层长度达到稳定值，与实验结果吻合良好。关键词：复合材料层板；疲劳分层扩展；能量释放率；剩余强度模型；VUMAT子程序中图分类号：TB332文献标识码：AStudyonDelaminationGrowthinCompositeLaminateUnderFatigueLoadHefan。I。inZhiyu(StateKeyI．aboratoryofMechanicsandControlofMe

3、chanicalStructures．NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Afiniteelementmodelofcompositelaminateswithdelaminationdamageisestablishedtoanalyzethefatiguedelaminationpropagationbehaviorofcompositelaminates，andB-Kstandardbasedontheenergyreleas

4、erateasthecriterionofdelaminationgrowlhistaken．TheresidualstrengthmodelisadoptedandVUMATusersubroutineisintroducedtoJudgethefailureofmodelandreducethestiffnessperformanceofmaterial．BasedontheAbaqussimulationanalysissoftware，thedelaminationgrowthmechanismofcompositelaminatesw

5、ithinitialdelaminationdamageunderfatiguecompressionloadissimulated．Theresultsindicatethatwiththefatigueloadapplying，thedelaminationlengthisincreasedandreachedastablevalue．Finally·withthedelaminationgrowthratebeingreduced。agoodagreementisobtainedbetweenFEAanalysisandtheexperi

6、mentalresults．Keywords：compositelaminates；fatiguedelaminationgrowth；energyreleaserate；residualstrengthmodel；VIIMAT]aserSU【broutino0引言复合材料具有比刚度大，比强度高，结构可设计性、抗疲劳性能好和易于整体化成形等优异性能，在航空航天等领域得到了广泛应用口3。在各种收稿Et期：2013-09—11；修回Et期：201310-21基金项目：国家自然科学基金(11102082)江苏高校优势学科建设工程资助通信作者：林智育，

7、linzhiyu@nuaa．edu．cn损伤破坏中，分层失效是复合材料层合结构最为主要的一种失效模式[2]，无论是单调静态还是循环疲劳载荷作用，分层的萌生和扩展都会显著降低复合材料结构的强度。复合材料层板在疲劳载荷作用下损伤累积，材料性能下降，最终趋于整体分层破坏‘⋯。国内外已有众多学者对复合材料层板分层扩展进行了研究。S．Singh等n1对纤维／环氧树脂单向板和正交铺设层板开展MMB疲劳实验，定量分析了不同载荷模式比下的分层疲劳扩展行为。S．C．Pradhan等∞3用Abaqus软件计算了含圆形预第1期何凡等：复合材料层板疲劳分层扩展研究47

8、置分层复合材料层板在压缩疲劳载荷作用下分层前缘的应变能释放率大小，并用超声C扫描仪确定实验中分层的扩展状态。于志成[6对复合材料Ⅱ型疲劳层问裂纹开展研