内埋元件复合材料层合板分层损伤的试验及数值研究

功能器件集成于结构材料内是实现多功能结构一体化设计的一个重要途径。然而集成后往往导致结构系统中产生几何不连续界面,成为失效的起点,是降低原有结构性能和破坏结构完整性的主要原因。本文通过试验观察及数值分析探讨了内埋元件对其复合材料结构完整性影响的一些关键因素。拉伸试验中采用声发射技术并结合不同载荷阶段下的内部损伤观察,确立了损伤演化与拉伸性能退化的关系。结果表明,埋置件与复合材料间的分层损伤是导致结构拉伸性能退化的主要机制,分层扩展阻力取决于与埋置件相邻层的纤维取向角度。数值分析中利用有限元软件ABAQUS建立了二维平面应变有限元模型,分析了埋置件附近的应力分布,并基于断裂力学理论分析了分层损伤扩展行为。数值结果表明,引入不同临界能量释放率值,可以很好地模拟"裸界面"与"摩擦界面"对裂纹扩展速率的不同效应。

埋置元件复合材料层合板的分层损伤

通过对含与不含薄膜埋置元件复合材料层合板的拉伸和层间韧性的力学性能表征,探讨影响埋置元件结构完整性的一些关键因素。利用ABAQUS有限元软件,基于断裂力学用以研究裂纹扩展问题的虚拟裂纹闭合技术(VCCT),建立了在拉伸荷载作用下层合板分层起裂和扩展过程的数值模拟方法。在模拟分析中,考虑了裂纹萌生位置对分层扩展规律及结构强度的影响,并与实验结果比较,验证了本方法的合理性和有效性。