對于復(fù)合材料加筋板,筋條邊緣的低速沖擊損傷模式復(fù)雜,并可能隨之產(chǎn)生嚴(yán)重的強度降問題,威脅結(jié)構(gòu)安全。本文在試驗分析的基礎(chǔ)上,提出了一種預(yù)測復(fù)合材料T型筋條邊緣沖擊損傷和沖擊后壓縮剩余強度的有限元模擬方法。本文的主要內(nèi)容包括:（1）分析了不同沖擊位置下,加筋板的損傷阻抗和損傷容限特性,指出面內(nèi)沖擊比面外沖擊造成的損傷更為嚴(yán)重;分析了加筋板的沖擊后壓縮破壞機理,明確了筋條邊緣沖擊損傷是控制加筋板剩余強度的關(guān)鍵因素。（2）建立復(fù)合材料層合板離散層模型,考慮復(fù)合材料層間分層,面內(nèi)纖維拉伸、壓縮破壞,基體拉伸、壓縮破壞和分離,復(fù)合材料采用雙線性漸進損傷退化模型,模擬層合板面內(nèi)邊緣沖擊過程,得到與試驗相近的損傷形貌、沖擊力響應(yīng)、損傷參數(shù)等,并與試驗測量的數(shù)據(jù)比較,證明了模型的有效性。（3）基于邊緣沖擊-壓縮的全過程分析方法,建立了預(yù)測T型筋條邊緣沖擊損傷的簡化模型。有限元模型預(yù)測的損傷形貌、剩余強度及破壞應(yīng)變與試驗值吻合良好,仿真結(jié)果表明分層損傷擴展與子層屈曲是導(dǎo)致含沖擊損傷復(fù)合材料加筋板破壞的重要原因。 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國外復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用趨勢

：中心面外沖擊（central impact）、邊緣面外沖擊（near-edge impact）、邊緣面內(nèi)沖擊（in-line impact）等，如圖 1.2 所示。圖1.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊類型目前，對層合板面外沖擊已開展了大量的試驗和仿真研究，并獲得了長足進展。對層合板面外沖擊的研究表明，低速沖擊造成的損傷主要有基體開裂、層間分層和纖維斷裂，并且在基體裂紋和層間分層之間存在相互作用[10~12]。對層合板邊緣或筋條帽緣的面外沖擊也會造成類似的損傷[13]，但由于邊緣結(jié)構(gòu)缺少支持，相同能量下?lián)p傷會更為嚴(yán)重。而對于復(fù)合材料的邊緣面內(nèi)沖擊，相關(guān)研究還比較少，從已有的文獻來看，對層合板邊緣或筋條腹板的面內(nèi)沖擊將引起更多的損傷類型，如纖維折曲、基體碎片楔入等[14]，并且這些效應(yīng)還會與分層損傷等相互作用，加大損傷擴展預(yù)測的難度；而對加筋板筋條遭受沖擊后壓縮的研究還十分鮮見，現(xiàn)階段多數(shù)文獻[14,47]采用層合板邊緣沖擊試驗進行簡化代替

擊力回落并在某一平臺附近上下波動，并認(rèn)為沖擊力-位移曲線所圍的面積即為復(fù)合材料因破壞而吸收的能量。圖1.3 加筋板邊緣沖擊簡化試驗[14]文獻[14]獲得的邊緣沖擊損傷形貌包括所有界面的分層、永久凹坑、沿腹板軸向的長基體裂紋、纖維折曲帶和基體楔入。從截面電子掃描照片發(fā)現(xiàn)，纖維折曲只發(fā)生在纖維角度平行于沖擊方向的鋪層里，這與層合板壓縮試驗有相似之處；沖擊能量越大，相應(yīng)的損傷程度越嚴(yán)重；但是沖擊力-位移的平臺段載荷卻與沖擊能量和鋪層順序沒有必然關(guān)聯(lián)，對于文獻中的四種鋪層，沖擊力平臺基本處于同一水平，并恰好近似于層合板橫向壓縮強度與沖擊面積的乘積，因此該作者認(rèn)為，平臺段載荷由基體性質(zhì)決定。文獻[14]還對受邊緣沖擊的層合板進行了剩余強度試驗，試驗結(jié)果表明層合板斷裂路徑垂直于壓縮載荷方向并經(jīng)過沖擊損傷區(qū)域，據(jù)此推測是由 0°層纖維壓縮破壞導(dǎo)致層合板最終失效

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]新一代大型客機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)[J]. 楊乃賓.  航空學(xué)報. 2008(03)
[4]我國大型客機先進復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)對策略思考[J]. 杜善義,關(guān)志東.  復(fù)合材料學(xué)報. 2008(01)
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博士論文
[1]層合復(fù)合材料的粘聚區(qū)模型及其應(yīng)用研究[D]. 葉強.南京航空航天大學(xué) 2012

碩士論文
[1]復(fù)合材料層合板低速沖擊模擬[D]. 許碩.南京航空航天大學(xué) 2014



本文編號：3060576