使用基于损伤模型的复合材料层合板断裂过程的模拟方法.pdf

语言：英文/博士论文

摘要

本研究旨在建立一种有效的FRP复合材料层合板断裂评估模拟方法。该方法通过有限元( FE )模拟来解释失效过程和相关的损伤机制。有限元模型的开发考虑了由于制造工艺导致的片层间物理界面的存在。发展了一种实验-计算混合方法来系统地实现模拟方法。观察到不同的失效模式组合，包括基体开裂-压溃、纤维/基体界面脱粘、界面多分层和纤维断裂-屈曲。局部材料失效由损伤起始事件和随后的损伤演化到断裂来模拟。研究了两类基于损伤的模型；连续损伤模型包括FRP复合材料层合板的多损伤准则和界面分层的内聚力模型。给出了各向异性材料连续损伤模型的完整推导，并用于预测层合板中的损伤演化。对CFRP和GFRP复合材料层合板试件进行一系列试验，建立材料的弯曲和断裂行为。建立了试样和试验装置的互补三维有限元模型。针对GFRP和CFRP复合材料，建立了两种不同的有限元模型，即传统模型和Prepreg模型。结果表明，准确预测FRP复合材料的弹性损伤行为和渐进损伤过程取决于所选择的FRP复合材料层合板的有限元模型和所使用的基于损伤的材料模型。12层反对称CFRP复合材料梁试件在四点弯曲下的弯曲试验显示了多重失效事件的发生。包括第9层( 90 ° )基体开裂，第8层( -45 ° / 90 ° )和第9层( 90 ° / 45 ° )界面分层。此外，由于基体剪切和纤维屈曲失效，在第1层( -45o )中预测了层内多失效事件。试验的有限元模拟预测了准确的弯曲响应，与实测数据相比，平均误差小于4 %，并且试样中存在类似的多个失效区。损伤耗散能用来说明FRP层合板、界面和层合复合材料的整体渐进损伤量。鉴于一般加载条件下FRP复合材料层合板会出现多种层内-层间失效模式和断裂，建议在FRP复合材料层合板有限元模拟中同时使用层合板和界面损伤模型。