先进复合材料结构分析的渐进损伤方法研究

• 作 者: 赵丽滨[1]秦田亮[1]张建宇[2]王雅娜[1]费斌军[2]
• 机 构: 北京航空航天大学宇航学院,北京,100191
• 出 处: 2014年中国计算力学大会
• 发表日期: 2014年期

　　复合材料以其轻质高效的显著优点在航空、航天、船舶等领域结构中广泛应用。复合材料结构设计与分析技术的发展和提升有效促进复合材料结构技术的进步。本文针对近年来迅速发展起来的复合材料结构失效预测的渐进损伤分析方法，从复合材料失效准则、材料退化模型和有限元模型三个方面介绍了本课题组近年来的系列研究成果：基于横观各向同性假设，结合复合材料的失效机理，提出了考虑复合材料开裂角度的修正最大应力准则和相应的复合材料突降退化模型。提出了考虑裂纹方向的复合材料三维渐降退化模型，建立了含损伤耦合效应、裂纹闭合效应等多种损伤现象的数学模型。在算法实施方面，采用裂纹带理论和粘性规则化法改善了渐进损伤模型的网格依赖性和计算收敛性。基于Abaqus二次开发功能将修正最大应力准则、突降材料退化模型和渐降材料退化模型嵌入到Abaqus软件中，开发了复合材料三维渐进损伤分析模块。研究了复合材料结构精细建模技术，基于工程常数建立了复合材料二维有限元模型和三维有限元模型本构参数确定方法。提出了复杂复合材料结构载荷、强度和失效模式综合显示方法。在此基础上，建立了复合材料非平面π胶接连接和螺栓连接的渐进损伤模型，并通过非平面π胶接连接和螺栓连接的静力试验，对模型进行了验证。进一步揭示了π胶接连接的拉伸和弯曲失效机理以及拉伸载荷下螺栓连接的失效机理。