基于弹塑性损伤本构模型的复合材料层合板破坏荷载预测

作     者：陈静芬 CHEN Jingfen

作者机构：暨南大学力学与建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室广州510632 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2017年第34卷第4期

页      面：773-785页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金青年项目(11502095) 广东省自然科学基金博士启动项目(2015A030310306) 中央高校基本科研业务费专项资金(暨南大学科研培育与创新基金21615306) 

主　　题：复合材料本构模型 渐进失效分析 塑性效应 刚度退化 隐式积分算法 

摘      要：在连续损伤力学和塑性力学框架内,建立一个同时考虑塑性效应和损伤累积导致材料属性退化的复合材料弹塑性损伤本构模型。基于最近点投影回映算法,开发本构模型的应变驱动隐式积分算法以更新应力及与解答相关的状态变量,并推导与所开发算法相应的数值一致性切线刚度矩阵,保证有限元分析采用NewtonRaphson迭代法解答非线性问题的计算效率。采用断裂带模型对已开发的本构模型软化段进行规则化,以减轻有限元分析结果的网格相关性问题。对损伤变量进行粘滞规则化,并推导出相应的粘滞规则化数值一致性切线刚度张量,解决了在有限元隐式计算程序中采用含应变软化段本构关系的数值分析由于计算困难而提前终止的问题。开发包含数值积分算法的用户材料子程序UMAT,并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著塑性效应的AS4/3501-6V型开口复合材料层合板的渐进失效分析,验证本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示,预测结果与已报道的试验结果吻合良好,并且预测精度高于其他已有弹性损伤模型。表明已建立的弹塑性损伤本构模型能够准确预测力学行为,展现显著塑性效应的复合材料层合板的破坏荷载,为其构件和结构设计提供一种有效的分析方法。