基于apdl的層合板破壞過程分析

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1、基于APDL的層合板破壞過程分析為研宄層合板的破壞過程，用APDL編程，自定義復合材料的單元破壞判據(jù)，分析[90°/??±45°/0°]??s??鋪排方式的層合板破壞過程.建立層合板宏觀和微觀的ANSYS模型，分析對比其破壞應力.結(jié)果表明：宏觀模型破壞應力與微觀模型破壞應力略有差別，但微觀模型能更直觀地給出層合板破壞的動態(tài)過程.APDL編程方法可拓展ANSYS有限元程序?qū)秃喜牧系膹姸扔嫾旱男畔ⅲ?xzbu.8/view~8771469.關(guān)鍵詞：復合材料；層合板；破壞準則；APDLTB332；TB115.1？?A??Destructionprocessanalysisofcompositel

2、aminatebasedonAPDLLIBaofeng,ZHENGJian,NIXinhua,ZHAOLei,ZHONGGuohui,SUNTao(DepartmentofArtilleryEngineering,OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003,China)Abstract：Tostudythedestructionprocessofcompositelaminates,theprocessfrominitialdestructiontoultimatedestructionofcompositelaminatesin[90°/±4

3、5°/0°]??slayoutwayisanalyzedusingcustomizedcompositeelementdestructioncriteriaapplyingAPDLprogramming.ThemacromodelandmicromodelarebuiltinANSYSanddestructionstressisanalyzedandcompared.Theresultsindicatethatthedestructionstressofmacromodelisslightlydifferentfromtheoneofmicromodel,butthelaminatedest

4、ructionprocesscanbeintuitivelyfiguredoutbymicromodel.APDLprogrammingmethodcanextendthecompositestrengthcomputationofANSYSfiniteelementprogram.Keywords：composite;laminate;destructioncriteria;APDL0引言復合材料強度計算分析復雜，由于分析問題的角度和解決問題的方法不同，迄今為止產(chǎn)生許多不同的強度理論，但“除了一些非常有限的情形外，還缺少證據(jù)表明存在這樣一個破壞判據(jù)：能給出即使是單向復合材料或者層合板較為精

5、確、有實際意義的破壞預報[1]”.這個結(jié)論雖然出乎許多人的意料，但從“破壞分析奧運會”的評估結(jié)果看，在盲算階段所有125個評價點中，最優(yōu)秀的理論也只有64個評價點能將誤差控制在10%以內(nèi)，說明復合材料具有極強的個體差異性，在工程應用中需針對不同的材料確定不同的強度理論進行計算.因此，在進行有限元模擬過程中，將符合所使用復合材料的破壞準則引入到有限元分析中非常重要.APDL語言為用戶自定義復合材料的破壞準則提供有效途徑.本文綜合微觀力學的計算方法，以[90°/±45°/0°]??s層合板為例對復合材料的破壞過程進行有限元分析.層合板是許多單層單向復合材料疊合在一起的板結(jié)構(gòu)，其層數(shù)和每個單層徑向

6、的排列方向都可以不同.層合板的力學分析比單向復合材料復雜得多，這主要是層與層之間組成靜不定結(jié)構(gòu)，僅僅依靠平衡方程不能確定每層所分擔的載荷，必須補充變形協(xié)調(diào)條件.由于每層的排列方式以及所承擔的載荷都可能不同，導致各層破壞順序也不一致，有的層先破壞，有的層后破壞，形成漸進破壞的過程.[2]用微觀力學的方法，只需知道纖維和基體材料的性能指標、纖維的體積含量以及每層的鋪排角和厚度等參數(shù)就可進行求解：而宏觀力學方法需以單層板本身的試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ).因此，微觀力學方法具有一些宏觀力學方法難以比擬的優(yōu)勢.1有限元分析模型及計算流程復合材料破壞準則是應力（應變）和強度的數(shù)學函數(shù)，描述在復雜載荷狀態(tài)下復合材料結(jié)

7、構(gòu)破壞的條件.目前，復合材料強度準則有數(shù)十種之多，本文采用最大應力理論作為評判破壞的依據(jù).本文以單層厚度0.25mm，[90°/±45°/0°]??s鋪排方式層合板進行破壞過程分析.單向板的力學性能試驗數(shù)據(jù)為：軸向拉伸強度1280MPa，軸向壓縮強度??800MPa，？?橫向拉伸強度40MPa，橫向壓縮強度?？145MPa,??平面內(nèi)剪切強度73MPa，軸向極限拉伸應變2.087%,軸向極限壓縮應變1.754