增强型复合材料受力损伤过程的仿真分析

第３７卷第１期化工机械

增强型复合材料受力损伤过程的仿真分析＋

李伟料刘黎明龙飞飞丁蕾王艳茹

（大庆石油学院）

摘要研究复合材料破坏和损伤演化过程的力学特点，测试了纤维增强复合材料薄板在较低定应变率下的应力应变曲线；应用有限元软件建立３种典型编织方向单层板的有限元模型并对其受力情况进行数值模拟，运用Ｔｓａｉ－ｗｕ、Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ失效准则分析其损伤扩展过程和特征。

关键词纤维增强复合材料失效准则仿真分析

中图分类号ＴＱ０５０．４文献标识码Ｂ文章编号０２５４－６０９４（２０１０）０１－０１１１－０５

自复合材料开始应用于军工业、航空航天及民生工业等领域以来，由于材料显著的各向异性，一个长期存在的难点问题是其具体失效特征的确定，而为了解决这一问题，国外学者针对单层板提出了很多不同的失效理论，如ＴｓａｉＳＷ和ｗｕＥＭ¨１提出一种针对各向异性的通用强度理论，也就是判定复合材料失效常用的Ｔｓａｉ—ｗｕ失效准则，在这之后，其他人也提出了许多针对不同情况和假设条件的失效理论，如Ｈａｓｈｉｎ标准，Ｐｕｃｋ标准和Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ标准等，但是没有一种失效理论被公认为是最通用、最成熟的，尤其是随着高强度、高性能和高各向异性复合材料的出现也迫使相应的失效理论需要进一步的改进和发展旧１。基于国外研究复合材料失效理论方面开展的比较早，所以这方面取得成果也比较多，并且随着计算机的广泛应用和力学计算软件更新换代，使得理论上的推导和数值计算能够更好地结合以解决实际问题口一１。国内在这方面的研究工作开展的比较晚，但是近些年来发展很快，取得了很多成绩，尤其是在失效准则的理论推导和改进方面”一１格外突出。

纤维增强复合材料由纤维、基体、纤维和基体界面３项组成，其破坏形式主要有基体开裂、纤维断裂及界面脱粘分层等，同时各种破坏形式往往同时发生并相互影响＂１。虽然工业上主要以其层合形式来应用，但是为了研究层合板的拉伸破坏机理，首先要了解单层板的拉伸破坏过程中材料本身的力学特性，这对复合结构的设计及安全性评价具有重要意义¨１。

１实验研究

实验采用平纹玻璃纤维布和环氧树脂，纤维编织方向为［０。／０。］，［一４５。／４５。］，［０。／９０。］，经加压加温制成平纹玻璃布一环氧单层板。试件为长方形薄片状，两端用铝片加强，试件的结构如图１所示。带加强片的试件与实验机夹头连接实现拉伸加载。

３种试件的制备尺寸见表１。

表１３种纤维编织形式的试件

正交编织的基本力学分析见表２。

表２两种正交编织复合材料的基本力学性能

?黑龙江省教育厅科技项目（１１５４１０１３）。

??李伟，男，１９７０年５月生，教授。黑龙江省大庆市，１６３３１８。万方数据