基于ABAQUS的含孔复合材料层间应力分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Jul-83
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碳纤维复合材料以其高的比强度、耐腐蚀等特点在军事、汽车工业、航空航天、文体用品、土木工程等领域广泛应用。含孔复合材料层合板受面内拉伸载荷时会于孔边产生很大的层间应力,引起层合板分层和脱胶并导致其提前失效。因此,研究层间应力的大小和分布特点,对复合材料层合板的设计优化以及失效预测有着非常大的意义。本文针对由典型铺设角组成的的含孔T300/环氧树脂层合板受面内拉伸载荷的情况,使用大型有限元分析软件ABAQUS对孔边层间应力进行分析,主要内容如下:(1)对含孔复合材料层板进行了拉伸试验,并基于数字图像相关方法,对试件拉伸过程中表面位移场与应变场的变化进行了测定。拉伸位移达到6.54mm时试件在开孔处发生断裂,并出现严重的分层现象,表明孔边存在很大的层间应力。DIC方法测得的位移场和应变场在拉伸位移约5mm时开始形成稳定分布,记录云图作为后续验证有限元模型的基础。(2)建立了基于实体的有限元模型,通过对称边界条件和壳固耦合约束对模型进行简化,并对比分析了模型建立过程中不同单元类型、厚度方向每层划分的单元数量,发现单元类型采用C3D20R、单元数量为4个时能够兼顾模型的准确性和计算效率。(3)建立了基于粘聚力单元的模型,采用粘聚力单元模拟层间作用并输出层间应力,对模型层内采用的单元类型、厚度方向每层划分的单元数量进行了对比分析,发现单元类型采用C3D8I、单元数量为2个时计算结果能够达到满意的精度。(4)将数字图像相关方法测得的表面位移场和应变场与两种模型的有限元分析结果对比,还将两种模型得到的孔边环向与径向层间应力分布进行对比,验证了两种模型的有效性。(5)使用基于粘聚力单元的有限元模型对层合板孔边层间应力进行研究,分别从环向、径向以及厚度方向等方面进行分析讨论,得到了层间应力的分布特点。
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