复合材料层合板贴补修理渐进失效分析

作     者：昌磊 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李书欣

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：复合材料层合板 贴补修理 渐进失效分析 Zinoviev理论 内聚力模型 

摘      要：先进复合材料以优异的力学性能和可设计性被广泛应用于许多领域。然而复合材料在制造和使用过程中不可避免地会产生缺陷和损伤,为了保证结构的正常使用,恢复其功能和完整性,对损伤结构进行修复是十分必要的。复合材料结构修理与评估已经成为当今复合材料研究的一个重要领域。渐进失效分析方法能够有效地预测复合材料结构的损伤扩展和极限强度,但应用于复合材料结构修理与评估方面的工作还较少,这一方法的应用推广需要理论与实验的支撑。本文主要将渐进失效分析方法运用于复合材料的贴补修理的设计分析中,研究内容集中在以下几个方面:首先,本文对复合材料强度分析中较为先进的理论进行了介绍,选择精确度较高的二维Zinoviev理论作为本文刚度退化模型的基础。由于二维Zinoviev理论不适用于三维模型,而且理论中涉及到许多参数,增加了模型处理的难度。因此本文对其进行了适当的简化和扩展,并结合改进的三维Hashin失效准则,提出了一种相对简单的三维刚度退化方案。同时文中还建立了中心含孔层合板的三维有限元分析模型,结合所提出的三维刚度退化方案,完成了含孔层合板的渐进失效分析。探讨了含孔层合板基体、纤维及分层损伤的扩展情况,预测了含孔层合板的极限强度。有限元计算结果与试验值基本吻合,验证了本文提出的退化模型的正确性。其次,文中针对复合材料修补中常见的贴补修理方式,建立了含孔层合板双边贴片修补的渐进失效分析模型。文中采用内聚力模型模拟胶层的力学行为,通过应力强度准则来判断胶层破坏的起始。预测了修补结构的破坏模式和极限强度,通过与试验值进行比较,验证了模型的正确性。最后,文中引入了剥离应力相关系数和切应力相关系数,用于描述胶层中应力的分布情况,由此判断补片大小、补片厚度、补片铺层等修补参数对修补效果的影响,得出了一些有益的结论,为今后进一步开展复合材料贴补修理的设计分析提供了依据。