收稿日期:2017-07-13 网络出版时间:2017-12-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(51675397,51305320)作者简介:储辰辰(1992-),男,西安电子科技大学硕士研究生,E -mail :chu _chenchen1992@https://www.doczj.com/doc/c014707660.html,.通信作者:叶俊杰(1981-),男,副教授,博士,E -mail :ronke y 6000@https://www.doczj.com/doc/c014707660.html,.网络出版地址:htt p ://https://www.doczj.com/doc/c014707660.html, /kcms /detail /61.1076.TN.20171204.1424.018.html
doi:10.3969/j .
issn.1001-2400.2018.03.009多尺度方法预测复合材料层板裂纹扩展
储辰辰1,蔡 恒1,乔晓军2,叶俊杰1
(1.西安电子科技大学应用力学研究中心,
陕西西安710071;2.太原重工股份有限公司技术中心,
山西太原030024)摘要:为了研究复合材料层板在细观和宏观尺度上的损伤分布,文中基于高精度通用单胞细观力学模型,
发展了一种多尺度分析方法.该方法只需纤维和基体的材料属性二强度参数及纤维体积含量,而无需复合
材料层合板的弹性参数和强度参数.文中使用该方法分析了复合材料结构的宏细观上的应力应变场;结合
多尺度损伤模型,研究了复合材料的细观损伤以及宏观的裂纹扩展;通过二次开发ANSYS /LS -DYNA 软
件,文中将高精度通用单胞细观力学模型编译到用户自定义材料子程序中;使用这种方法分析了开孔层板
轴向拉伸条件下的各个分层的应力分布二组分失效模式和裂纹扩展.并将计算结果与实验结果对比,结果
表明:数值模拟随时间变化的应力曲线与实验所得的曲线能较好的吻合;预测的裂纹扩展与实验结果比
较吻合.关键词:复合材料;高精度通用单胞模型;多尺度损伤;裂纹扩展
中图分类号:V258 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2018)03-0045-07
Predictin g the crack extension of com p osites based on the multi -scale method
CHU Chenchen 1,CAI H en g 1,QIAO Xiao j un 2,YE J un j ie 1
(1.Research Center for A pp lied Mechanics,Xidian Univ.,Xi an 710071,China;2.Tai y uan Heav y Industr y Co.Ltd.Technolo gy Center,Tai y uan 030024,China )
Abstract: In order to investi g ate the failure distribution of com p osites on micro and macro scales,this p a p er p ro p oses a multi -scale method based on the Hi g h -Fidelit y Generalized Method of Cells (HFGMC ),which is a pp lied to ac q uire strains and stresses on the macro scale,as well as on the micro https://www.doczj.com/doc/c014707660.html,bined with the multi -
scale dama g e model,the com p onent dama g es and crack extension are studied.The micro mechanics model re q uires fiber /matrix p ro p erties,stren g th p arameters and the fiber volume rather than the p ro p erties and stren g ths of com p osites.The structural module re q uires further develo p ment for
im p lementation of HFGMC into FE software ANSYS -LSDYNA via the user defined material subroutines (UMAT ),which is used to anal y ze the stress distribution,com p onents dama g e,and crack extension of laminates under the axial tensile condition.The calculated results are com p ared with the ex p erimental
results.The result indicates that the numerical load -stress curves a g ree with the ex p erimental curves ver y well and that the p redicted crack extension coincides with the ex p erimental results.
Ke y Words: com p osites;hi g h -fidelit y g eneralized method of cells;multi -
scale dama g e anal y sis;crack extension 复合材料具有比强度高二比模量大二抗疲劳性能好和破损安全性能高等多种优良特性,被应用在航空二风力发电和建筑等领域.由于材料损伤破坏引起的安全事故时有发生,对复合材料的损伤机理研究也变得尤为
2018年6月
第45卷 第3期 西安电子科技大学学报(自然科学版)JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Jun.2018Vol.45 No.3万方数据