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随着材料技术的进步,复合材料应用领域在逐渐扩大。与此同时工程应用之中复合材料结构损伤断裂等力学性能的分析计算也成为研究的热点。在有限元基础上发展的扩展有限元等方法对于复合材料三维复杂断裂问题仍存在较大困难。2000年提出的基于非局部作用的无网格方法一近场动力学能够较好地解决传统连续介质力学对于损伤断裂等不连续问题求解时所面临的困难。它通过求解空间积分运动方程来描述物质力学行为,避免了传统连续介质力学中求解不连续位置偏导不存在的问题。同时该方法本构模型中本身包含了损伤的定义,无须额外引入其他失效判据即可从物理层面揭示结构损伤和断裂演化过程,相较于其他有网格方法具有较为明显的优势。因此,采用近场动力学方法对船海工程领域常用的纤维增强树脂基复合材料损伤和断裂过程进行分析,以得到有效分析复合材料结构损伤断裂的方法。 首先对近场动力学方法的提出和发展进行概述性的介绍,分别对国外、国内主要研究成果以及近场动力学与有限元等方法耦合研究现状进行阐述,梳理方法的研究和发展脉络。在此基础上从近场动力学基本物理量表达方式、基本原理、离散方法和求解稳定性等方面阐述了各向同性材料键基近场动力学力学模型。 纤维增强树脂基复合材料由于其各向异性的力学性能,构建了适合其特点的键基近场动力学力学模型。介绍了键基近场动力学复合材料模型,对二维单层板和三维层压板力学模型中键常数解析表达、表面修正方法等进行公式推导,根据理论编写了二维和三维复合材料近场动力学程序,通过弹性范围内响应结果与有限元结果对比验证了程序的有效性。在此基础上引入复合材料多种损伤模式的定义,并编写复合材料损伤程序,实现了对中心含预制裂纹单层板及双悬臂梁张开裂纹的损伤断裂分析。 选取不同的近场域半径及离散疏密程度完成了复合材料键基近场动力学方法收敛性分析,发现了该方法收敛性具有较高的一致性,同时得到了计算准确度和效率与以上因素的关系。由此开展了中心含不同角度预制裂纹对单层板损伤和裂纹扩展以及铺层方式对中心含圆孔层压板损伤和破坏模式的影响分析,发现在拉伸载荷作用下,纤维增强复合材料多发生基体损伤、在铺层角度较为分散情况下层压板易发生层间分层。并将复合材料损伤近场动力学程序应用于简化螺栓连接结构计算,得到了螺栓连接结构常见的损伤扩展的过程和破坏模式。 为了提高近场动力学损伤分析的适用性和计算效率,对近场动力学与有限元耦合方法进行了研究,利用界面单元实现了有限元子域与近场动力学子域之间力与位移的传递,实现了近场动力学与有限元交界位移协调,并将该方法应用于二维单层板损伤分析,大大提升了分析效率,得到了预期的效果。