复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析

《复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2015年6月第4l卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2015Vol_41NO．6http：／／bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0395复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析周睿1，关志东“，李星1’2，卓越1(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191；2．中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心强度分析技术研究部

2、，北京102211)摘要：首先，针对纤维增强复合材料开孔层板进行了压缩试验，通过微距数显设备、电镜扫描和x光扫描设备检测了加载过程中的渐进损伤和试验件最终破坏模式，观测了损伤起始和45。与90。铺层间的分层现象．其次，将复合材料开孔层板失效分为层内失效和层间失效，基于细观损伤力学MMF3理论和界面胶层单元方法建立了开孔压缩损伤跨尺度分析模型．最后，应用该模型对开孔压缩损伤起始、损伤扩展和层板破坏模式进行了预测，获得了纤维和基体损伤起始位置、分层产生位置及扩展过程、最终的分层和压入破坏等计算结果．计算结果与试验结果获得了较好的吻合，表明该计

3、算模型适用于分析复合材料开孔压缩渐进损伤问题．关键词：复合材料；开孔层板；压缩试验；渐进损伤；跨尺度中图分类号：V257；TB330．1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)06—1066．07纤维增强复合材料具有比强度、比刚度高及可设计的特点，在飞机结构中的使用日益增多⋯．复合材料对损伤极为敏感，损伤会导致复合材料层板剩余强度严重降低，故设计时需考虑损伤容限性能．复合材料开孔层板作为一种典型的结构形式，被广泛应用于许用值确定、损伤容限性能评估中．特别是在压缩载荷作用下，开孔压缩强度与冲击后压缩强度往往具有可比性，因此有必

4、要对其失效模式和破坏机理进行深入研究．对此，国内外研究者已采用多种方法展开了大量研究工作．Suemasu等嵋1研究了不同层间界面韧性的复合材料开孔板压缩性能，结果表明界面韧性好的层板有明显的渐进损伤过程，界面韧性差的层板突然破坏，并无渐进损伤．Berbinau等。列研究了导致开孔层板沿纤维方向压缩强度较拉伸强度低的因素，着重分析了孔边纤维微屈曲导致开孔压缩强度降低的机理．Soutis等H‘5o的研究成果表明，层板开孔压缩损伤的起始是由孔边0。层纤维在压缩载荷下的微屈曲引起的．Lee和Soutis∞’通过系列试验研究了层板厚度对复合材料开孑

5、L层板压缩性能的影响，结果表明对某些铺层形式的开孔层板存在厚度对压缩性能的影响．黎增山等¨1通过Hashin准则和界面单元方法模拟复合材料开孔板受压过程的层内和层间渐进失效，论证了分析方法的有效性．Lee和Kim¨1建立了基于细观力学的连续损伤模型模拟复合材料开孔板的压缩失效过程，并基于此模型分析了几何参数对层板力学行为的影响．目前，采用有效的观测方法监测损伤过程以及在有限元计算中引人先进的失效准则是研究复合材料开孑L层板压缩性能的2种重要方式．本文对准各向同性铺层复合材料开孑L层板压缩渐进损伤进行了试验研究，通过微距数显设备、电镜扫描和

6、x光扫描设备对压缩过程中孔边的收稿日期：2014437-02；录用日期：2014-08-05；网络出版时间：2014-09-0516：06网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0395．html基金项目：国家重点基础研究发展计划(2010CB631103)作者简介：周睿(1989一)，男，黑龙江哈尔滨人。硕士研究生，jianghuaiyidao@126．corn+通讯作者：关志东(1964一)．男，辽宁沈阳人，教授，zdguan@buaa．edu．en，主要研究

7、方向为飞行器复合材料结构设计、复合材料力学．；f用格式：周睿，关志东，李星，等．复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41f6)：1066．1072．ZhouR，GuanZD，LiX，eta1．Progressivedamageanalysisofopen—holecompositelaminatesundercompressionload【j]．JournalofBeltingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(6)：1066—1072(inCh

8、inese)．第6期周睿，等：复合材料开孔层板压缩渐进损伤分析渐进损伤和破坏后试件的分层进行了观测，分析了开孔层板渐进损伤机理．基于细观力学MMF3理论和界面单元方法建立了渐进损伤有限元模型，