【摘要】：現(xiàn)今,無論是航空航天、軍事領域或者是諸如船舶工業(yè)這樣的民用領域,復合材料都有非常重要應用。纖維增強金屬層合板是由纖維增強復合材料同金屬板組成的一種層合結(jié)構(gòu)。其不光具有金屬材料優(yōu)越的加工性能和抗沖擊性能,同時克服了金屬材料的疲勞性能差的缺點,該類材料中玻璃纖維鋁合金層合板被用于飛機機身的材料,玻璃纖維增強鋼板被用于船舶制造,碳纖維增強復合材料與鋼材組成的混雜材料被用于軍用頭盔。在材料使用之前,需要對材料的性能有一定的認識,一般的分析方式主要有實驗研究和有限元分析�？茖W的實驗和有限元分析方法,能夠幫助人們做出更加全面、深入和有效的分析。本文通過實驗和有限元方法重點分析了纖維金屬層板的拉伸和沖擊性能。通過一套有效的數(shù)值分析方法,分析了纖維金屬層板材料在受沖擊過程中的漸進損傷過程,揭示了材料的破壞機理,具體工作分為以下幾方面:分析了表面機械研磨技術(shù)(SMAT)技術(shù)的引入對2024 T3鋁合金板的拉伸性能的影響,并找出該處理技術(shù)中合理的實驗參數(shù)。SMAT處理并被多層疊軋?zhí)幚硇滦筒牧系睦煨阅軘?shù)值分析過程中,通過在所有的相鄰單元之間插入0厚度內(nèi)聚力單元的方法,分析了該材料拉伸過程中漸進損傷過程,同時,分析了拉伸過程中裂紋萌生和偏轉(zhuǎn)的細節(jié)。通過有限元參數(shù)分析的方法,分析了 SMAT處理疊軋材料界面強度對材料拉伸性能的影響。并用該數(shù)值模型預測了其它結(jié)構(gòu)的疊軋材料的拉伸性能。以經(jīng)過SMAT處理的鋁合金板為材料制備成新型玻璃纖維增強鋁合金層板(GLARE)材料,實驗和理論值顯示材料的極限強度和極限應變雖然有較小幅度的降低,但是其屈服強度有較大幅度的增加。實驗和數(shù)值分析了 GLARE板受低速落錘沖擊時的破壞響應。通過用戶自定義子程序VUMAT,并結(jié)合Johnson-Cook模型和基于表面內(nèi)聚力方法建立了 GLARE受落錘低速沖擊數(shù)值模型。不光分析了 GLARE材料受到低速落錘沖擊過程中的響應。此外,也分別分析了纖維增強層、鋁合金材料以及界面層的漸進損傷過程。給出了一套分析金屬材料與復合材料組成的混雜結(jié)構(gòu)的高速沖擊性能的數(shù)值分析方法。數(shù)值分析中,除分析了高速沖擊后彈丸的殘余速度和材料的損傷之外,也分析了碳纖維增強復合材料層、金屬層以及之間的界面的損傷破壞過程,揭示了整體材料受高速沖擊的破壞機理。深入分析了沖擊過程中復合材料、金屬層以及界面損傷演化。由于該方法準確有效,利用該數(shù)值模型預測分析了其它類似夾層結(jié)構(gòu)的抗高速沖擊性能。綜上所述,本文通過嘗試將表面機械研磨技術(shù)引入到玻璃纖維增強鋁合金板中,得到極限強度和極限應變雖然有較小的降低,但是其屈服應力有較大幅度增加的夾層板材料。通過幾種有限元方法的結(jié)合,建立起一套分析有效的纖維增強金屬板沖擊性能的數(shù)值模型,為該類材料的設計和抗沖擊分析提供理論基礎和參考方法。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB333

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