基于离散损伤模型的复合材料双悬臂梁分层疲劳扩展分析

基于扩展逐层理论(Extended layerwise method,XLWM)、离散损伤模型(Discrete damage zone model,DDZM)和Peerlings损伤定律,建立了可以分析复合材料结构分层损伤疲劳扩展的疲劳渐进扩展逐层方法 (Fatigue progressive extended layerwise method,FPXLWM)。首先对HTC/6736A碳纤维双悬臂梁进行分析,施加恒定弯矩,验证该方法的正确性;然后通过计算多组Paris曲线,确定模型的疲劳参数,对HTC/6736A碳纤维双悬臂梁分层疲劳扩展机制进行深入探讨。

含紧固穿透分层复合材料层板的疲劳扩展

对含预置穿透分层复合材料层板开展压缩强度和压缩疲劳试验,获得结构的极限载荷,并研究层板的分层扩展特性。基于ABAQUS软件建立含穿透分层复合材料层板有限元模型,通过VCCT计算能量释放率,采用B-K准则来模拟层间分层的扩展。引入VUMAT子程序,采用改进的Hashin准则判断单元损伤;基于累积损伤理论和剩余强度理论,弱化材料性能,对含穿透分层和含紧固穿透分层复合材料层板的疲劳力学行为进行分析,讨论了紧固件等参数对层板分层扩展的影响。

复合材料层板疲劳分层扩展研究

为了分析复合材料层板疲劳分层扩展行为,基于Abaqus有限元分析平台,建立分层扩展复合材料层板有限元分析模型。选用基于能量释放率的分层扩展判据,结合剩余强度模型弱化材料性能,引入VUMAT用户子程序实现模型疲劳损伤失效的判断及材料刚度性能的折减,模拟含分层复合材料层板在疲劳压缩载荷作用下的分层扩展行为。结果表明:分层长度随着疲劳载荷地施加不断增大,但扩展速率逐渐减小,最终分层长度达到稳定值,与实验结果吻合良好。

纤维桥联作用下的复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展

先进复合材料以其优异的力学性能及在结构减重方面的巨大潜力已经广泛应用于航空航天领域,其用量多少已经成为衡量一个国家高端装备技术发展水平的重要标志之一。疲劳分层是导致航空航天复合材料结构失效的重要原因,纤维桥联对疲劳分层扩展存在显著影响。同时,不同断裂模式下,复合材料抵抗Ⅰ型疲劳分层扩展的能力最低。因此,针对纤维桥联作用下的复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展问题开展研究,具有十分重要的意义。本文对作者课题组近年来开展的相关研究工作进行了系统总结和介绍,重点对以下问题进行了分析讨论:纤维桥联对疲劳分层扩展的影响规律及机理;纤维桥联作用下的疲劳分层扩展模型和分析方法;疲劳分层扩展分析模型的应用和验证。研究表明,纤维桥联对疲劳分层扩展存在显著的抑制作用,将导致疲劳分层扩展速率随分层扩展长度的增加而显著下降;纤维桥联在疲劳分层扩展中的作用机理与静态分层扩展存在不同,疲劳分层扩展主要的能量耗散集中于分层前缘附近,桥联纤维中的能量耗散相对有限;并且纤维桥联强弱对疲劳分层前缘的损伤失效机制无显著影响。因此,采用作用于分层前缘处的应变能释放率作为疲劳裂纹扩展相似性参数,能够对纤维桥联作用下的复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展进行有效的分析和表征,满足疲劳裂纹扩展相似性假设的基本要求;以此为基础,采用双参数形式的疲劳分层扩展准则,能够有效考虑应力比的影响,实现不同载荷工况下复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展行为的有效分析和表征。

纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展

纤维增强复合材料层合板在航空航天等领域被广泛应用,分层损伤是层合板主要的损伤形式,一直是复合材料力学研究的焦点问题之一。本文从试验研究、理论分析和数值模拟3个方面对国内外在纤维增强复合材料分层问题所取得的研究成果进行了系统综述,重点介绍了单向复合材料I型、II型和I/II复合型层间断裂韧性测试方法和原理以及多向层合板分层扩展行为的试验研究。得到了表征和评价分层失效机理和扩展行为的纤维桥接模型、静力分层扩展准则和疲劳分层模型,并详细阐述了采用内聚力模型(CZM)、虚拟裂纹闭合技术(VCCT)和扩展有限元方法(XFEM)等先进数值方法模拟分层扩展的研究现状。最后,对复合材料层合板分层扩展研究的发展方向进行了展望。