基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析.pdf

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1、第46卷第3期2014年6月空航天大学UniversityofAeronautics报stronauticsV01．46No．3Jun．2014基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析王德1金平2谭晓明2万铖(1．海军航空工程学院研究生管理大队，烟台，26400l；2．海军航空工程学院青岛校区，青岛，266041)摘要：基于有限体积直接平均方法(Finite-volumedirectaveragingmicromechanics，FVDAM)，建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据

2、均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵，通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能传递到宏观复合材料中，计算了湿热环境中复合材料的细观应力场。结果表明：FVDAM采用予胞边界平均位移作为未知量，使本构模型中的未知量总数大为减小，相对提高了模型的效率，但这些方程都是建立在平均意义上的，因此预测的应力场存在一定的不连续性；湿热环境下，前期的吸湿有缓解热残余应力的作用，随着时间的增加，吸湿的影响逐渐超过热残余应力的影响。关键词：复合材料；宏细观统一本构模型；平均边界；湿热应力场中图分类号：TB33

3、2文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)03一0389一06ResearchonHygrothermalStressesofCompositeBasedonUnifiedMacrO·andMicr0一constitutiveModel’丐厂口竹gDPI，．厂i以Pi挖g2，Tk咒Xinomi咒g2，讹咒C^P扎91(1．GraduateStudentsBrigade，NavalAeronauticalEngineeringInstitute，Yantai，264001，China；

4、2．QingdaoBranch，NavalAeronauticalEngineeringInstitute，Qingdao，266041，China)Abstract：Basedonfinite—volumedirectaveragingmicromechanics(FVDAM)，whichisamulti—scalefi—niteelementmethodforcomposite，aunifiedmacro—andmicro—constitutivemodelforcompositestruc—

5、turesisdeVeloped．Theglobalstiffnessmatrixisconstructedbasedonhomogenizationtheoryandcon—tinuummediummechanics，throughwhichthemeso—damagepropertiesoffiberandmatrixaretrans—ferredtomacro—material。Hygrothermalstressfieldsarecalculatedusingthemodel．Theres

6、ultsshowthattheefficiencyoftheFVDAMmodelispromotedforthereasonoftakingthesurface—averagedfluc—tuatingdisplacementsasbasicunknownmicro—variables，andthetotalnumberofunknownsisdecreaseda10t．Becausetheequationsarebu订tonthebasisofaveragedmeaning，therearedi

7、scontinuitiesinthesolvedstressfields．Theinitialmoisturecontentcanreducethethermalresidualstress，butthehygro—scopicstresswouldexceedthermalresidualstressfinally．Keywords：composite；unifiedmacro—andmicro—constitutivemodel；surface—averaged；hygrothermalstr

8、essfield随着航空航天事业的快速发展，为实现飞行器自身的减重，要求提高飞行器用材的强度／密度比，而碳纤维增强复合材料由于其在重量／强度比上的显著优势，已成为现代航空航天工业采用的主要结构材料之一，并且随着材料性能的不断改进，复合材料特别是碳纤维增强树脂基复合材料的应用范围及占整机材料的比率不断提高‘1

9、。碳纤维增强复合材料细观结构复杂，其纤维体积比、排列方式、形状以及基体的性能都会对复合材料的整体性能产生较大的影响，复合材料的本构收稿日期：2013—12—24；修订日期：20