三向应力作用下复合材料层合板强度的细观力学分析

• 作 者: 周晔欣
• 机 构: 同济大学
• 出 处: 同济大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 复合材料层合板 细观力学 桥联模型 三向应力 非线性特性 热残余应力

复合材料因其轻质、高强、可设计性等优异的性能而得到了越来越广泛的应用，对于结构用复合材料，极限承载能力是工程应用中人们最为关注的问题之一。层合板是结构复合材料的主要形式，传统的复合材料理论中通常将层合板作为平面承力构件进行分析。随着复合材料应用范围的拓展，层合板所受的载荷也越来越复杂，对三向应力作用下的复合材料层合板强度分析提出了新的要求。因此，本文对复合材料层合板受三向应力作用下的强度问题进行研究。　　
纤维增强复合材料由纤维和基体两部分组成，细观力学分析方法从纤维与基体组分的角度出发，对复合材料的整体性能、破坏强度等问题进行研究，相比于传统的宏观力学理论具有物理意义明确、应用方便高效、利于材料设计等优点。桥联模型是新近发展起来的一种复合材料细观力学分析方法，能对复合材料的非线性特性、热残余应力等问题进行分析，是一种先进的细观力学模型。本文采用桥联模型对复合材料层合板受三向应力作用时的强度问题进行了研究，论文的主要内容如下：　　
首先，对桥联模型进行了分析、研究，从刚度衰减准则、层合板最终破坏判据等角度对桥联模型强度分析进行了改进，同时在相邻层间引入了纯基体中间层模拟层间的树脂富积现象。通过与实验数据的对比分析，改进后的桥联模型强度理论能够更好地对复合材料层合板的强度进行预报。　　
其次，在分析复合材料层合板受三向应力作用时，分别对桥联模型在应力计算、桥联矩阵确定、热应力计算等方面的内容进行了整理，对层合板应力计算的方法进行了推广，对三向应力作用下的组分破坏判据进行了修正，建立了三维桥联模型的分析方法。　　
针对上述建立的三维桥联模型基本形式，编制了FORTRAN应用程序，通过该程序，可以采用桥联模型对复合材料层合板受三向应力载荷、弯曲载荷时的组分应力、单层应力应变、层合板破坏等问题进行分析。在本文中，提供了该FORTRAN程序的源程序和输入数据说明文件，并通过例题对其进行了验证。　　
最后，采用所建立的基本理论和所编制的应用程序，对第一届世界范围材料破坏评估考题(WWFE-Ⅰ)进行了分析，验证了理论的合理性和适应性；对第二届世界范围破坏评估(WWFE-Ⅱ)的考题做出了预报，并向组织者报告了本文的预报结果。　　
通过本文的研究，提高了桥联模型对复合材料层合板强度的预报精度，拓展了桥联模型的应用范围。