开口复合材料板稳定性及强度研究

【作者】 陈建霖； 励争； 储鹏程； 徐吉峰； 唐凌巍；

【机构】 北京大学工学院力学与工程科学系； 中国商飞北京民用飞机技术研究中心；

【摘要】 复合材料板状结构是工程中应用比较广泛的结构形式,而开口复合材料板往往是为了满足工程应用的需求而不可避免的。鉴于开口复合材料板的受力状态和破坏演化过程比较复杂,本文针对开口复合材料层合板稳定性和强度破坏的问题进行有限元计算模拟和实验研究。首先,针对不同铺层的开口复合材料层合板在单向拉伸加载方式下的局部屈曲失稳和强度破坏进行实验测试。在孔边关键区域布置多组应变片并制造人工散斑,通过电测法和数字图像相关技术(DIC)测得加载过程中的应变场,进而得到试件的局部失稳临界载荷以及强度破坏载荷。在此基础上,采用Abaqus有限元软件,建立开口复合材料层合板模型,进行单轴拉伸加载下不同开口尺寸的开口层合板局部屈曲稳定性和损伤演化分析。通过数值模拟,发现开口复合材料层合板在单轴拉伸加载下存在局部失稳(图1a),其局部屈曲临界载荷与开口尺寸呈幂函数关系(图1b);基于Hashin准则和刚度退化模型,结合软件和UMAT子程序,获得结构的强度破坏模式(图1c)以及破坏载荷。最后结合实验和数值模拟的结果,探讨开口复合材料层合板稳定性和强度破坏的机理,为工程应用提供可靠的依据和合理的设计方案。更多还原