本文關(guān)鍵詞：FMLs的低速沖擊損傷試驗與數(shù)值分析方法研究

  更多相關(guān)文章： 纖維金屬層板 低速沖擊 連續(xù)損傷力學(xué) VUMAT 沖擊損傷

【摘要】：纖維金屬層板(FMLs)是一種由金屬薄板和纖維復(fù)合材料板交替鋪層粘接而成的一種混雜復(fù)合材料層板。因其兼有復(fù)合材料和金屬材料的優(yōu)異特性,近年來FMLs成為航空結(jié)構(gòu)應(yīng)用的熱門材料之一。目前國外已對FMLs沖擊問題進行了大量研究并取得了豐富的研究成果。隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展,研究國產(chǎn)FMLs的結(jié)構(gòu)性能和斷裂機制成為亟需。故本文對國產(chǎn)FMLs的低速沖擊試驗及數(shù)值分析方法進行深入研究。主要內(nèi)容如下:根據(jù)相關(guān)標準和國內(nèi)外發(fā)表的論文,設(shè)計了系列沖擊試驗件和相關(guān)夾具,采用落錘沖擊試驗機對國產(chǎn)FMLs、鋁合金板、玻璃纖維復(fù)合材料層板和碳纖維復(fù)合材料層板進行一系列不同能量的低速沖擊試驗。對不同能量沖擊下四種試樣的表面可視損傷和沖擊響應(yīng)進行了對比分析。分別探討了固支和簡支兩種邊界條件以及鋁層軋制方向?qū)MLs沖擊響應(yīng)的影響,并對低速沖擊載荷下FMLs的響應(yīng)機制進行了分析。結(jié)果顯示:低速沖擊后FMLs的響應(yīng)和損傷有其獨特的特征規(guī)律;邊界條件對FMLs的沖擊響應(yīng)有一定影響,而鋁層軋制方向?qū)MLs抗沖擊性能的影響卻不明顯;得益于0/90度交替鋪層的玻璃纖維層,FMLs的完全穿透能較相同厚度的鋁板要高約22%。根據(jù)連續(xù)損傷力學(xué)原理,推導(dǎo)并建立了三維復(fù)合材料連續(xù)損傷模型,并編寫了相應(yīng)的VUMAT子程序。采用ABAQUS軟件建立了FMLs低速沖擊的數(shù)值分析模型,并與試驗結(jié)果對比驗證了該模型的準確性。重點對典型試驗條件下FMLs的沖擊損傷進行了數(shù)值計算分析,給出了FMLs不同階段的沖擊響應(yīng)特征;研究了沖擊過程中FMLs各層響應(yīng)及損傷類型;探索了試樣尺寸與形狀、鋁層厚度及金屬/復(fù)材層數(shù)對FMLs抗沖擊性能的影響。沖擊響應(yīng)載荷-時間曲線的每一次突降正好對應(yīng)著FMLs內(nèi)一種損傷的出現(xiàn)。鋁層兩側(cè)的分層最為嚴重,相鄰90度纖維層之間的分層最小。研究結(jié)論為FMLs的設(shè)計提供了基礎(chǔ)信息和分析手段。
【關(guān)鍵詞】：纖維金屬層板 低速沖擊 連續(xù)損傷力學(xué) VUMAT 沖擊損傷
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V215
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 引言10-12
• 1.2 研究意義12-13
• 1.3 研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 國外研究進展13-16
• 1.3.2 國內(nèi)研究進展16-17
• 1.3.3 存在的主要問題17
• 1.4 本文的研究內(nèi)容17-19
• 第二章 FMLs落錘低速沖擊試驗19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 試驗設(shè)備及試驗方法19-21
• 2.2.1 試驗設(shè)備及原理19-20
• 2.2.2 試驗方法20-21
• 2.3 沖擊試驗件21-22
• 2.4 試驗結(jié)果與分析22-33
• 2.4.1 不同能量沖擊下的表面可視損傷22-25
• 2.4.2 邊界條件對I型FMLs沖擊響應(yīng)的影響25-27
• 2.4.3 鋁層軋制方向?qū)MLs沖擊響應(yīng)的影響27-29
• 2.4.4 不同材料的低速沖擊響應(yīng)29-31
• 2.4.5 低速沖擊載荷下FMLs的響應(yīng)機制31-33
• 2.5 小結(jié)33-34
• 第三章 FMLs中三維復(fù)合材料連續(xù)損傷模型34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 復(fù)合材料連續(xù)損傷模型34-39
• 3.2.1 單向加載損傷模型34-37
• 3.2.2 卸載關(guān)系37-38
• 3.2.3 應(yīng)變率效應(yīng)38-39
• 3.3 三維單向復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系39-43
• 3.3.1 初始應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系39
• 3.3.2 含累積損傷的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系39-43
• 3.4 材料模型在ABAQUS中的實現(xiàn)43-45
• 3.4.1 ABAQUS用戶子程序43
• 3.4.2 VUMAT子程序及編寫流程43-45
• 3.5 子程序算例驗證45-46
• 3.6 小結(jié)46-47
• 第四章 FMLs沖擊損傷破壞的數(shù)值分析研究47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 FMLs有限元材料模型及參數(shù)47-55
• 4.2.1 玻璃纖維層力學(xué)性能參數(shù)47-49
• 4.2.2 2024-T3鋁層力學(xué)性能參數(shù)49-51
• 4.2.3 層間本構(gòu)關(guān)系51-53
• 4.2.4 材料模型及參數(shù)的拉伸試驗驗證53-55
• 4.3 FMLs低速沖擊有限元建模55-58
• 4.3.1FMLs有限元幾何模型55-56
• 4.3.2 錘頭有限元幾何模型56-57
• 4.3.3 載荷與邊界條件57-58
• 4.4 FMLs低速沖擊有限元模型結(jié)果驗證58-63
• 4.4.1 宏觀損傷現(xiàn)象58-60
• 4.4.2 沖擊響應(yīng)歷程60-62
• 4.4.3 沖擊響應(yīng)參數(shù)62-63
• 4.5 小結(jié)63-64
• 第五章 基于有限元的FMLs低速沖擊損傷破壞研究64-76
• 5.1 引言64
• 5.2 FMLs低速沖擊損傷分析64-69
• 5.2.1 沖擊損傷過程64-66
• 5.2.2 鋁層損傷66
• 5.2.3 纖維層損傷66-68
• 5.2.4 層間分層68-69
• 5.3 FMLs試樣尺寸參數(shù)對損傷的研究69-75
• 5.3.1 試樣形狀與尺寸69-71
• 5.3.2 單一鋁層厚度71-73
• 5.3.3 金屬/纖維復(fù)材層數(shù)73-75
• 5.4 小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-79
• 6.1 工作總結(jié)76-78
• 6.2 工作展望78-79
• 參考文獻79-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文84-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與科研課題85-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間獲獎情況86-87
• 致謝87-88

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡剛,高新明;基于聲速定義的灰?guī)r沖擊損傷參數(shù)的計算范圍[J];黑龍江科技學(xué)院學(xué)報;2005年05期

2 周潔敏,林剛,陶云剛;子波變換在復(fù)合材料沖擊損傷實時檢測中的應(yīng)用(英文)[J];儀器儀表學(xué)報;2001年06期

3 張銥，

本文編號：675305