開孔碳纖維復合材料層合板的拉伸失效有限元分析

陳小輝, 張 珩, 劉明月, 侯東曉

(東北大學秦皇島分校 控制工程學院, 河北 秦皇島 066004)

碳纖維樹脂復合材料具有質量輕、比強度高、比模量高、耐腐蝕、使用壽命長、維護成本低、可設計性強、抗震性強、耐沖擊等優點,被廣泛應用于航空航天、汽車工業、風力發電、石油化工等領域,取代了一些普通鋼材的地位成為主要承載構件.2000年波音與空客推出的787和A350新機型,均采用碳纖維復合材料作為主承力部件,碳纖維復合材料用量達到50%.而在進行結構之間相互連接時,往往采用較多的是螺栓連接,必須在連接處進行開孔,開孔必然會導致其周圍發生損傷與應力集中現象,降低結構的承載能力,所以十分有必要對開孔復合材料層合板失效方式及失效發展過程進行研究.

目前應用最為廣泛的Hashin失效準則[1],其將纖維復合材料的失效形式分為四種:纖維拉伸失效、纖維壓縮失效、基體拉伸失效、基體壓縮失效.李偉占[2]根據Hashin失效準則提出三維漸進失效分析模型,考慮了六種不同的失效模式,并且根據產生的失效模式對材料參數進行退化,討論了不同鋪層比例對層合板最終失效載荷的影響.但其考慮的失效準則形式單一,且將Hashin失效準則中的交互項省略.何凡[3]采用非線性動力學有限元分析方法,通過Hashin失效準則分析了靜載荷作用下的分層擴展行為.王丹勇等[4]提出了參數化三維逐漸損傷模型,采用三維Hashin準則和直接折減退化材料屬性來模擬含中心圓……