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《航天器复合材料结构的渐进损伤分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、Vol.18No.5航天器工程第18卷第5期42SPACECRAFTENGINEERING2009年9月航天器复合材料结构的渐进损伤分析高峰杨宝宁马海全阮剑华(北京空间飞行器总体设计部,北京100094)摘要复合材料结构渐进损伤分析是获取复合材料结构极限承载能力、实现基于可靠性的结构定量设计、评估长寿命航天器损伤容限和耐久性的有效方法。文章介绍了复合材料渐进损伤分析的基本原理与方法、用于分层分析的内聚力模型及相应的强度判据和断裂判据,通过典型的用于表征损伤容限的开孔压缩算例,实现了复合材料层内失效和层间分层失效的渐进损伤分析,分析得到的破坏形貌和极限承载
2、能力与试验值吻合良好。关键词航天器结构复合材料渐进损伤损伤容限中图分类号:V41418文献标志码:A文章编号:167328748(2009)0520042206ProgressiveFailureAnalysisforCompositeStructuresofSpacecraftGAOFengYANGBaoningMAHaiquanRUANJianhua(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering,Beijing100094,China)Abstract:ProgressiveFailureAnalysis
3、(PFA)forcompositelaminates,takingintoaccountthee2volutionofthevarioustypesofdamage,isaneffectivemethodtopredicttheinitiationandthepropagationofdamage,achievereliabilitybaseddesignandevaluatethedurabilityanddamagetolerance1Inthispaper,theprimarytheoryofPFAandCohesiveZoneModel(CZM)
4、areintro2duced,andthefailurecriteriabothforinterlaminarandintralaminardamagearebrieflypresen2ted1TheOpenHoleCompression(OHC)modelisfinallydevelopedtoanalyzetheinterlaminardelaminationandtheintralaminarfiberandmatrixfailure1ThePFAresultsarefoundtobeinwellagreementwiththeexperiment
5、alresults1Keywords:spacecraftstructures;compositelaminate;progressivefailureanalysis;damagetoler2ance随着结构设计水平的提高、尤其是基于可靠性定量[1]1引言设计方法的发展和应用,对复合材料结构末层失效(LastPlyFailure,LPF)的分析、及对首层失效和目前,在航天器结构设计的绝大多数情况下,结末层失效之间的强度储备的分析越来越重要。构设计并不需要准确预计结构的破坏载荷,而是需此外,随着长寿命航天器的研制,复合材料结构要设计出一个在给定载荷下不破
6、坏的结构,因此,简的剩余强度、损伤容限和耐久性设计变得愈加重要。单可靠的复合材料结构首层失效分析(FirstPly复合材料结构的分层、及胶层脱粘等诸多问题也需Failure,FPF)方法得到了广泛应用,但其缺点是裕要加以解决,以有效地对局部结构进行细节设计,及度较大,造成不必要的材料浪费和结构质量增加。时发现薄弱环节,避免单一依靠在后期试验中发现收稿日期:2009204217;修回日期:2009208224基金项目:国家重大科技专项工程作者简介:高峰(1978-),男,博士,主要从事航天器结构分析与设计工作以及先进复合材料力学性能研究。第5期高峰等:航天
7、器复合材料结构的渐进损伤分析43问题所带来的成本增加。这些问题的解决也有赖于对单元刚度进行降阶,并计算带破坏单元的结构有对复合材料结构渐进损伤分析方法的研究。效刚度阵,直至整个结构完全破坏。目前,NASA已开发出专用的渐进损伤分析和212复合材料的强度判据损伤耐久性评估软件,如COMET(Computational从细观力学角度,强度是材料微细观结构和组[2]StructuralMechanicsTested)、CODSTRAN分性能的反映,纤维增强复合材料的失效有多种模[3](CompositeDurabilityStructuralAnalysis)
8、,国式,如铺层内的纤维失效、基体失效、纤维-基体脱内航空工业也已进行了大量关于复
