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【6h】

纤维增强层合复合材料分层损伤行为的研究

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1绪论

1.1连续纤维增强层合复合材料的特点及分层问题的提出

1.2分层问题研究现状与本课题的意义

1.2.1分层屈曲与扩展问题的现状

1.2.2抗分层问题的研究现状

1.3复合材料分层问题的研究方法

1.4本文的主要工作

2非线性平面问题的基本关系

2.1非线性几何方程

2.1.1全量形式的非线性几何方程

2.1.2增量形式的非线性几何方程

2.2本构关系

2.2.1全量形式的本构关系

2.2.2弹性系数阵的坐标变换

2.2.3增量形式的本构关系

2.3结构离散及非线性有限元方程

2.3.1结构离散及单元位移函数

2.3.2非线性平衡方程

2.4屈曲特征方程

3含分层复合材料层板的后屈曲分析

3.1含分层层板后屈曲变形分析

3.1.1几何非线性考核算例

3.1.2含分层复合材料层合板后屈曲变形

3.2分层尖端应力

3.3能量释放率分析

3.3.1能量释放率算法

3.3.2数值结果及分析

3.3.3裂尖局部位移场及节点力分析

3.4分层前缘轴向变形分析——关于三板模型的讨论

本章小结

4物理非线性对复合材料分层的影响

4.1复合材料的物理非线性概述

4.2非线性本构关系

4.2.1 Hahn-Tsai非线性弹性本构关系

4.2.2改进的Hahn-Tsai非线性弹性本构方程

4.2.3平面应变状态的非线性本构关系

4.3复合材料层板的非线性屈曲分析

4.3.1修正的反幂法求解临界载荷

4.3.2算例及结果分析

4.4含贯穿分层复合材料层板的非线性后屈曲分析

4.4.1材料非线性对含分层复合材料层板后屈曲的影响

4.4.2厚度方向的材料非线性对含分层复合材料层板后屈曲的影响

4.5本章结论

5分层尖端损伤演化及其对层合复合材料分层的影响

5.1损伤力学与复合材料损伤

5.1.1损伤与损伤力学

5.1.2损伤变量与损伤模型

5.1 3含损伤结构的求解

5.1.4破坏力学

5.1.5复合材料损伤及其结构分析

5.2多标量复合材料损伤模型

5.2.1损伤特征及损伤材料的余能

5.2.2损伤弹性系数张量

5.2.3损伤变量ωij

5.3分层尖端场分析

5.3.1层间应力引起的损伤对复合材料层板分层的影响

5.3.2层间和面内损伤耦合时复合材料层板分层分析

5.4结论

6全文结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研项目

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摘要

纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度大和材料性能可设计等一系列优点,被广泛的应用许多重要结构中,已成为最具发展前途的新型结构材料之一。近年来理论和实验研究表明,层合复合材料的薄弱部位在层间,分层是层合复合材料破坏的主要形式,它导致结构的承载能力明显降低,成为层合复合材料结构使用中的主要隐患。因此,研究分层机理、分层影响以及提高抗分层性能,具有重要的理论意义和应用价值,是复合材料研究领域中的一个很活跃和一直受到重视的课题,由于十分复杂,目前仍然存在许多问题需要进一步研究。该文通过理论分析和数值模拟深入研究了分层的几个主要问题,得到了一些有意义的结果。

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