复合材料正交叠层板拉伸破坏机理研究

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正交叠层复合材料是一种具有优良性能的新型材料,目前已被日益广泛应用于航空航天等对可靠性要求高的领域中.了解正交叠层材料在不同加载条件下的力学行为是十分必要的,因此,有关正交叠层复合材料拉伸破坏行为的研究一直是国内外研究的热点之一.在复合材料的制作和使用过程中,不可避免地会出现诸如断纤维等形式的缺陷,因此研究含缺陷复合材料的强度和破坏是当今复合材料制造和使用的迫切需要,特别是含割口的复合材料构件.关于割口纤维增强复合材料的拉伸破坏问题,也许由于问题的复杂性,难以找到一个合理的力学分析模型,目前的研究多为实验报导,尚未发现有较好的理论分析方法.该文围绕这些问题,基于剪滞理论,研究了正交叠层板的横向开裂问题,在此基础上定量地研究了割口正交叠层板的应力集中问题,并采用统计理论分析了叠层板的最终破坏强度.该文主要完成了以下工作:1.基于剪滞理论,建立一种有限子层剪滞分析模型,结合线弹性断裂力学,并计及固化残余热应力的影响,研究了复合材料正交叠层板在受到沿0°层方向的拉伸荷载作用下,90°层中产生横向开裂的破坏问题,获得了此情形下的初始破坏应变,并与现有的实验结果进行对比研究,以证实该文剪滞模型和分析方法的正确性.2.进一步推广上述的剪滞分析模型,研究了正交叠层板在轴向拉伸荷载作用下,90°层发生横向基体多级开裂的破坏问题,求得此情形下的裂纹间距及裂纹扩展密度.该文结果为进一步研究正交叠层板最终拉伸细观破坏机理及协同效应提供了重要的理论依据.3.在上述工作的基础上,进而建立一种含割口正交叠层板剪滞分析模型,研究了割口正交叠层复合材料在轴向拉伸荷载作用下,割口前缘区域基体为弹性和非弹性情形下的细观应力重新分布问题,求得了应力集中因子,在此基础上,采用细观统计破坏理论获得了割口正交叠层板的最终拉伸破坏强度.最后将该文结果与实验结果进行比较论证,从而验证了该文模型及分析方法的正确性、可靠性,揭示了割口正交叠层复合材料的破坏机理.

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作者
张宁;
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作者单位

华南理工大学;

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授予单位华南理工大学;
学科固体力学
授予学位硕士
导师姓名曾庆敦;
年度 2004
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类复合材料;工程材料力学（材料强弱学）;
关键词
叠层复合材料; 割口正交叠层板; 拉伸破坏行为; 力学分析模型; 理论分析方法; 荷载作用; 坏问题; 轴向拉伸; 应力集中因子; 纤维增强复合材料; 破坏强度; 破坏机理; 剪滞理论; 横向开裂; 线弹性断裂力学; 统计破坏理论; 实验; 可靠性要求; 基础; 复合材料制造;

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