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复合材料柱壳冲击损伤的近场动力学模拟
Peridynamic simulation of impact damage of composite cylindrical shell
【Author】 LI Xiao-long;QIAN Zheng-hua;HUANG Zai-xing;State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics;
【机构】 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室;
【摘要】 本文基于近场动力学键型本构模型,在传统的PMB材料模型的基础上,使用纤维键和基体键,构造了用于模拟各向异性复合材料的PD本构关系。采用纤维体积含量对纤维键、基体键弹性常数进行平均化处理,得到一种新的弹性微模量函数形式,该函数形式考虑了铺层内弹性模量大小随方位的连续变化,实现了对复合材料单向铺层的均匀化处理。引入层间键模拟多铺层复合材料结构层与层之间的相互胶粘作用。采用基于分子动力学开源代码LAMMPS开发的仿真平台,对复合材料柱壳受到硬质钢球冲击后的破损情形进行了模拟,较好再现了复合材料圆柱壳的冲击破坏过程;文中给出了各向同性材料PMB模型和本文所提出的复合材料本构模型的仿真计算的对比分析,结果表明单向铺层铺层角对裂纹的扩展方向有影响,使用多铺层的柱壳结构可以有效地减轻冲击造成的损伤程度。
【Abstract】 the bond-based peridynamic(PD) theory is used to investigate the impact damage of composite cylindrical shell.For this,we introduce the fiber bond,matrix bond and interlayer bond to develop a PD constitutive relation of fiber reinforced composite material.A new micro-elastic modulus function,changing with the fiber orientation,is determined by the average for the volume fraction of the fiber and matrix bond.The interlayer bond is used to characterize the mutual adhesion between neighboring layers.Using this new PD constitutive model,we simulate the damage and rupture of composite cylindrical shell subjected to the impact of a hard ball on the molecular dynamics simulation platform LAMMPS.The results reproduce the rupture process of fiber reinforce composite cylindrical shell.They show that ply angle has the influence on the crack propagation direction,and multi-ply cylindrical shell structure can effectively reduce the damage degree.
【Key words】 peridynamics; fiber bond; matrix bond; interlayer bond; composite cylindrical shell;
- 【会议录名称】 2019中国西部声学学术交流会论文集
- 【会议名称】2019中国西部声学学术交流会
- 【会议时间】2019-08
- 【会议地点】中国西藏拉萨
- 【分类号】TB33
- 【主办单位】中国声学学会微声学分会、四川省声学学会、上海市声学学会、山东省声学学会、浙江省声学学会、黑龙江省声学学会、重庆市声学学会、西安声学学会、陕西省声学学会