复合材料分层损伤特性研究分层形状等矩椭圆当量方法

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1、复合材料分层损伤特性研究分层形状等矩椭圆当量方法　　摘要：针对复合材料层合板结构的分层损伤力学特性分析，提出一种等矩当量方法，将任意不规则的分层形状简化为面积、1阶矩和2阶矩相同的当量椭圆.用有限元法分别分析含原始不规则形状分层、最小包络当量椭圆分层和等矩当量椭圆分层的力学特性，并对不同分层深度下分层的能量释放率和屈曲载荷等参数进行比较.结果表明，采用等矩当量椭圆时参数计算误差大大减小，一致性更好，更加适合工程应用.关键词：层合板；分层损伤；等矩当量；形状等效；能量释放率；屈曲载荷中图分类号：V257文献标志码

2、：AEqualmomentellipticequivalentmethodforcompositematerialdelaminationdamagecharacteristicanalysisCHENGZheng’aia，YAOWeixingb，WUFuqianga（a.KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefense-AdvancedDesignTechnologyofFlightVehicle；b.StateKeyLaboratoryofMechani

3、csand14ControlofMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China）Abstract：Astothemechanicscharacteristicanalysisofdelaminationincompositelaminateplatestructure，anequalmomentequivalentmethodisproposed，bywhichthearbitraryi

4、rregulardelaminationshapeissimplifiedastheequivalentellipsewiththesamearea，thefirstordermomentandthesecondordermoment.Themechanicscharacteristicsareanalyzedrespectivelyforthedelaminationwithirregularshapes，theminimumenvelopeequivalentellipticdelaminationandt

5、heequalmomentequivalentellipticdelaminationbyfiniteelementmethod，andtheparametersofthedelaminationwithdifferentdeptharecomparedincludingthefrontenergyreleaserateandthebucklingload.Theresultsshowthattheequalmomentequivalenteclipsecandecreasetheparametercalcul

6、ationerrorgreatlywithbetterconsistency，whichismoresuitableforengineeringapplication.14Keywords：laminateplate；delaminationdamage；equalmomentequivalent；shapeequivalence；energyreleaserate；bucklingload收稿日期：2013-01-24修回日期：2013-02-28基金项目：国家自然科学基金（11202098）作者简介：成正爱

7、（1988—），女（朝鲜族），辽宁沈阳人，硕士研究生，研究方向为复合材料损伤容限，（E-mail）chesteralice@gmail.com；姚卫星（1957—），男，江苏南通人，教授，博导，博士，研究方向为飞行器结构设计、疲劳寿命，（E-mail）wxyao@nuaa.edu.cn0引言14复合材料优越的力学性能，相对于金属较轻的质量和铺层方向带来的可设计性使其在减轻飞机质量，改善气动性能中具有很大的优势.[1]近年来，先进复合材料逐步取代传统的金属材料，已逐渐从附属件和次承力件应用到一些重要结构的主承力件

8、.但是，复合材料的各向异性和非匀质性以及远低于层内性能的层间性能，导致其损伤模式多、机理复杂.根据统计资料显示，分层失效是最严重也是复合材料特有的一种损伤形式，约占各种损伤模式总和的60%.[2]无论是单调静载荷还是循环疲劳载荷，分层的产生和扩展都会显著地降低复合材料结构的强度，缩短寿命，甚至对结构造成灾难性的毁坏，从而带来严重的安全问题.[3]在工程问题的分析中，需要将实际无损检测[