复合材料整体化结合界面失效模拟方法研究

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1、第4卷第4期2013年11月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．4NOV．2013文章编号：1674—8190(2013)04—509—06复合材料整体化结合界面失效模拟方法研究张阿盈(中国飞机强度研究所飞机静力与疲劳强度研究一部，西安710065)摘要：复合材料结构界面失效分析有助于复合材料整体化结构细节设计，有必要进行界面失效问题分析。针对复合材料整体化结合界面进行有限元数值模拟失效分析方法研究，对承受不同载荷的结合界面选用不同的建模方法和失效模型。对于层压板失效，在Tsai—Hil

2、l判据基础上，增加破坏能判据；对于界面失效，提出基于应力、应变和破坏能的多级判据及其衰减方法。结果表明：本文方法建模简单、计算速度较快、计算结果与试验值吻合性好，可为复合材料整体化结构设计提供工程实用的分析方法。关键词：复合材料结合界面；有限元；建模技术；失效模型；界面性能参数中图分类号：V214．8文献标识码：AStudyonFailureSimulationofIntegratedCompositeBondingInterfac．eZhangAying(AircraftStaticandFatigueStrengthResearchDepartment1，Ai

3、rcraftStrengthResearchInstituteofChina，Xi’an710065，China)Abstract：Failureanalysisofcompositestructuralinterfaceishelpfulincompositeintegrativestructuredetailde—sign．Itisnecessarytostudyfailuresimulationproblemofinterface．Numericalfiniteelementmodelingtech—niquesandfailureanalysismetho

4、dsforintegratedcompositebondinginterfacearestudied．Differentsimulationtechniquesandfailuremodelsareadoptfordifferentbondinginterfaces．Forlaminatefailure，damageenergycriterionisaddedtoTsaiHillcriterion．Multicriterionbasedonstress，strainanddamageenergyisproposedforinterface．Itisshowntha

5、ttheresearchinthispapercanprovideaquick，simpleandrelativelyaccurateengi—neeringutilizableanalysismethodforintegratedcompositestructuredesign．Keywords：bondinginterfaceofcomposite；finiteelement；modelingtechniques；failuremodel；interfacepropertyparameters0引言复合材料结构整体化设计技术，是实现结构低成本、高性能的有效途径

6、。复合材料结构由于其制造工艺的特殊性，不同的结构组分既可直接通过纤维的连续铺放或编织结为一体，也可通过共固化或胶接共固化等途径在复合材料本身的成型过程中整体成型。这些结构往往是两个或多个部件胶接收稿日期：20130701；修回日期：20130912基金项目：航空科学基金(20120923002)通信作者：张阿盈，zhangaying@hotmail．corn共固化或是共固化整体成型，如航空结构中常用的多墙结构、多肋结构。整体化的结构形式可减少各类紧固件和相应的连接装配工作量，从而达到结构减重的效果，同时大幅降低结构制造成本。复合材料结构界面强度分析方法是复合材料整

7、体化结构设计必须解决的首要问题。复合材料结合界面不能单独存在，为了研究其失效机理和失效分析方法，必须选择一种载体作为研究对象，建立合理的力学模型，进行试验和分析，这种载体便是典型单元。根据结合界面的承载／传载特性，将典型单元分为盒段类单元和壁板类单元。盒段类结构单元是梁、肋、框等腹板与蒙皮的典型组合体，传递面外510航空工程进展第4卷载荷(拉脱和剪切)。壁板类结构单元是加筋板结构的蒙皮与长桁的典型组合体，正常情况下，蒙皮与长桁承受的轴向载荷是按刚度分配的，两者之间不传递载荷；但当壁板发生局部屈曲时，蒙皮与长桁之间主要传递剪切载荷。本文针对复合材料整体化结合界面进行

8、有限元数值