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《基于lsdyna的復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊損傷研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第12卷第12期2012年4月167l一1815(2012)12—2888—05科學(xué)技術(shù)與工程ScienceTechnologyandEn舀neefingVoL12No．12Apt．2012④2012Sci．TeckEngrg,基于LS—DYNA的復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊損傷研究劉玄張曉晴’(華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣州510640)摘要結(jié)合應(yīng)力強(qiáng)度理論和粘接域理論，提出一種全新的復(fù)合材料低速?zèng)_擊損傷模型，利用大型動(dòng)力有限元軟件LS—DYNA進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并通過算例的分析，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確合理性。研究結(jié)果為復(fù)合材料抗低速?zèng)_擊損傷提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞復(fù)合材料低速?zèng)_
2、擊損傷粘接域有限元中圖法分類號(hào)V214．8；文獻(xiàn)標(biāo)志瑪A復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在受到外來(lái)物沖擊，特別是低速?zèng)_擊時(shí)，極易產(chǎn)生各種內(nèi)部損傷破壞，造成強(qiáng)度、剛度下降，削弱了復(fù)合材料性能，且內(nèi)部損傷往往難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而增加了發(fā)生突然事故的可能性，這己成為復(fù)合材料進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的主要技術(shù)障礙。因此研究復(fù)合材料中低速?zèng)_擊損傷問題，提高結(jié)構(gòu)的抗中低速?zèng)_擊損傷性能就顯得非常重要。影響復(fù)合材料中低速?zèng)_擊損傷破壞的因素眾多，過程錯(cuò)綜復(fù)雜，這給實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)了很大的困難，而且實(shí)驗(yàn)研究耗時(shí)費(fèi)力，成本巨大。因此，隨著有限元數(shù)值方法的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的學(xué)者開始利用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行復(fù)合材料低速?zèng)_擊損傷的研究
3、工作。M．Meo?，Hou等舊．31采用基于強(qiáng)度理論失效準(zhǔn)則的損傷預(yù)測(cè)模型對(duì)層合板低速?zèng)_擊損傷進(jìn)行了研究，該模型對(duì)分層損傷的預(yù)測(cè)不夠理想。這是由于分層損傷的發(fā)展更類似于斷裂力學(xué)中裂紋的擴(kuò)展方式，因此Li【4jJ，程起有等№1建立了2012年1月30日收到國(guó)家自然科學(xué)基金(10902040)和華南理工大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2012zzol02)資助‘通信作者簡(jiǎn)介：張曉晴(1974一)，副教授。研究方向：沖擊動(dòng)力學(xué)和復(fù)合材料力學(xué)。E-mail：搬I小∞g@8cuLedu．衄。以能量表征的失效準(zhǔn)則，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的應(yīng)力(或應(yīng)變)準(zhǔn)則，來(lái)研究預(yù)測(cè)分層損傷的發(fā)展，但這種模
4、型需要事先假設(shè)初始損傷的位置。張彥¨】基于粘接域理論，通過在潛在分層區(qū)域放置界面單元，利用Abaqus軟件模擬了復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊作用下的分層損傷，然而其利用界面層的Mises應(yīng)力等高線計(jì)算分層損傷面積，本質(zhì)還是基于強(qiáng)度理論的失效準(zhǔn)則?，F(xiàn)針對(duì)復(fù)合材料不同形式損傷的特征，聯(lián)合采用基于強(qiáng)度理論和粘接域理論的損傷模型，結(jié)合兩種模型各自的優(yōu)點(diǎn)，提出一種全新的損傷預(yù)測(cè)研究思路。1損傷分析模型總體來(lái)講，復(fù)合材料層合板的低速?zèng)_擊損傷模式可分為層內(nèi)損傷(基體開裂、基體擠壓破壞、纖維斷裂等)和層間損傷(分層)。1．1層內(nèi)損傷模型層內(nèi)損傷的分析采用基于傳統(tǒng)應(yīng)力強(qiáng)度理論的預(yù)測(cè)模型。該模型
5、是以材料內(nèi)部某點(diǎn)處的應(yīng)力水平或一定區(qū)域的平均應(yīng)力水平作為失效準(zhǔn)則來(lái)判定損傷的產(chǎn)生。這就需要建立一套準(zhǔn)確合理的損傷失效判定準(zhǔn)則，如金屬材料常用的Mises強(qiáng)度準(zhǔn)則與剪切強(qiáng)度準(zhǔn)則，復(fù)合材料的失效準(zhǔn)則是在均勻各向同性和均勻各向異性材料強(qiáng)度理論的基萬(wàn)方數(shù)據(jù)12期劉玄，等：基于LS—DYNA的復(fù)合材料層合板低速?zèng)_擊損傷研究2889礎(chǔ)上，結(jié)合復(fù)合材料自身的特點(diǎn)，通過大量實(shí)驗(yàn)研究和理論研究逐步發(fā)展起來(lái)的。由于復(fù)合材料損傷破壞機(jī)理十分復(fù)雜，失效準(zhǔn)則往往不具有普遍適用性，因此出現(xiàn)了許多失效準(zhǔn)則，如Tsai．Hill失效準(zhǔn)則、Tsai—wu失效準(zhǔn)則、Hashin失效準(zhǔn)則、Chang-Cha
6、ng失效準(zhǔn)則等。對(duì)于出現(xiàn)損傷的區(qū)域。其材料力學(xué)性能下降，需要使用適當(dāng)?shù)牟牧蟿偠韧嘶绞剑瑢?duì)損傷區(qū)域的材料性能進(jìn)行調(diào)整。1．2分層損傷模型大量研究結(jié)果表明，復(fù)合材料層合板的分層損傷僅在纖維鋪設(shè)角度不同的兩相鄰子層之間的界面處產(chǎn)生、擴(kuò)展【8J。因此，在可能發(fā)生分層的子層間引入一層厚度極薄界面單元，通過界面單元的失效破壞，可以真實(shí)有效地模擬預(yù)測(cè)分層損傷的產(chǎn)生，及其擴(kuò)展過程?！と?圖所示為一典型三維界面單元，它由連接對(duì)應(yīng)的上下子層的兩個(gè)表面構(gòu)成[7】。由于界面層非常薄，初始界面單元的上表面和下表面對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)問的距離非常小j其中局部坐標(biāo)系e，為界面單元的厚度方向，該方向的界面力P。
7、與開裂模式I相關(guān)聯(lián)；e：，e，為界面單元的兩個(gè)面內(nèi)相互垂直方向，其界面力P：，P3分別與開裂模式II，III相關(guān)聯(lián)。三種裂紋尖端的開裂模式如圖2所示，分別為：張開型、滑開型和撕開型。圖1界面單元示意圖界面單元的建立是基于粘接域(Cohve1．esizone理論。近年來(lái)，基于粘接域理論的預(yù)測(cè)模型越來(lái)越多地被應(yīng)用于分析不
8、一j物體在粘結(jié)面處的開裂過程。該模型建立了發(fā)生層間裂紋處的界面力P；與界面上下表【Ai間相對(duì)位移最之間的聯(lián)系。如圖3為目前廣泛應(yīng)用的界面力一界面相對(duì)位移雙線性簡(jiǎn)化翩軻甸張開型滑開型撕開型圖2三種開裂模式示意圖模型?？杀硎緸镻
