复合材料层压板结构剪切承载能力分析

ASTM 标准：D 2344/D 2344M–00聚合物基复合材料及其层压板短梁剪切强度标准试验方法1Standard Test Method for Short-Beam Strengthof Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates1 范围1.1 本试验方法适用于测量高模量纤维增强的聚合物基复合材料的短梁剪切强度。

短梁试件从一块曲板或平板上经机械加工而成，其厚度可达6mm[0.25in]，短梁承受3点弯曲载荷。

1.2 复合材料形式限定于连续或不连续纤维增强的聚合物基复合材料，其弹性性能关于梁的纵轴是均衡、对称的。

1.3 本标准并未打算提及，如果存在的话，与使用有关的所有安全性问题。

在使用本标准之前，本标准的用户有责任建立合适的安全与健康的操作方法，以及确定规章制度的适用性。

1.4 以国际单位（SI）或英制单位（inch–pound）给出的数值可以单独作为标准。

每一种单位制之间的数值并不严格等效，因此，每一种单位制都必须单独使用。

由两种单位制组合的数据可能导致与本标准的不相符。

2 参考文献2.1 ASTM标准D 792 置换法测量塑料密度和比重（相对密度）试验方法2Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics byDisplacementD 883 与塑料相关的术语2Terminology Relating to PlasticsD 2584 弯曲增强树脂燃烧质量损失试验方法31本试验方法由ASTM的复合材料委员会D30审定，并由单层和层压板试验方法专业委员会D30.04直接负责。

当前版本于2000年3月10日批准，2000年6月出版。

最初出版为：D 2344–65T。

上一版本为：D 2344–84(1995)。

Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced ResinsD 2734 增强塑料空隙含量试验方法3Test Method for Void Content of Reinforced PlasticsD 3171 复合材料组分含量测试方法4Test Method for Constituent Content of Composite MaterialsD 3878 复合材料术语4Terminology of Composite MaterialsD 5229/D 5229M 聚合物基复合材料吸湿性能及平衡状态调节试验方法4Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning ofPolymer Matrix Composite MaterialsD 5687/D 5687M 试件制备时按照工艺指南进行平复合材料板的制备指南4Guide for Preparation of Flat Composite Panels With Processing Guidelines forSpecimen PreparationE 4 试验机载荷标定方法5Practices for Force Verification of Testing MachinesE 6 与力学试验方法相关的术语5Terminology Relating to Methods of Mechanical TestingE 18 金属材料洛氏硬度和洛氏表面硬度试验方法5Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness ofMetallic MaterialsE 122 选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量方法6Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot orProcessE 177 ASTM试验方法中精度和偏差的使用方法6Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test MethodsE 456 与质量和统计相关的术语6Terminology Relating to Quality and StatisticsE 1309 数据库中纤维增强聚合物基复合材料的标识指南4Guide for the Identification of Fiber-Reinforced Polymer Matrix CompositeMaterials in DatabasesE 1434 数据库中纤维增强聚合物基复合材料的力学性能试验数据记录指南4Guide for Recording Mechanical Test Data of Fiber-Reinforced CompositeMaterials in DatabasesE 1471 计算机材料性能数据库中纤维、填料及蜂窝芯材料的标识指南4Guide for the Identification of Fibers, Fillers, and Core Materials in Computerized 3Annual Book of ASTM Standards, Vol 08.02.4Annual Book of ASTM Standards, Vol 15.03.5Annual Book of ASTM Standards, Vol 03.01.Material Property Databases3 术语3.1 定义——术语D 3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语。

编号南京航空航天大学毕业设计题目复合材料加筋壁板承载能力分析学生姓名沈杨学号011110525学院航空宇航学院专业飞行器设计与工程班级0111105指导教师曾建江副教授二〇一五年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：复合材料加筋壁板承载能力分析）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名：年月日（学号）：复合材料加筋壁板承载能力分析摘要复合材料结构具有比强度高、比刚度大、材料的可设计性强以及制造工艺简单等特点。

复合材料加筋壁板承受压缩等载荷作用时，丧失稳定性为其最常见的失效形式。

为了保证结构的安全性能，工程技术人员需要对其进行稳定性校核，即屈曲分析。

但是结构在失去稳定性之后往往还能继续承载，即结构的后屈曲行为特性，还需要对结构开展后屈曲分析，得到相应的破坏载荷和破坏方式。

本文以ABAQUS商用有限元软件对所选复合材料加筋壁板开展屈曲与后屈曲分析，分别研究了工型、T型、帽型加筋平板的屈曲后屈曲特性。

模型采用加载端一端固支一端加载、两侧边自由的边界条件并施加纯轴压载荷。

应用Hashin失效准则判定结构的失效及破坏。

文中加筋壁板的轴压后屈曲分析考虑了筋条和壁板所含初始缺陷的影响。

同时本文也详细研究了加筋平板在相同筋条截面积下不同截面形状、不同筋条高度对结构屈曲载荷和破坏载荷的影响。

分析结果表明：本文建立的模型及其边界条件合理有效，得到了对提高复合材料加筋壁板结构效率有参考价值的结论。

关键词：复合材料加筋壁板，屈曲，承载能力，Hashin准则，有限元分析The Bearing Capacity of Stiffened Composite PanelsAbstractComposite material structure has the advantages of high specific strength, high specific stiffness, excellent designability and simple manufacturing technology. Losing stability is the most common form of failure, when the stiffened composite panel is under compressive load. In order to ensure the safety of the structure, engineers need to carry on the stability analysis of stiffened structures, namely buckling analysis. However, the structures still have a higher strength capacity after buckling, which is called post-buckling behavior. The post-buckling analysis is also needed to obtain the post-buckling failure mode and failure load.In this paper, the buckling and post-buckling analysis of stiffened composite panels is completed by the finite element software ABAQUS. The models in this paper are the I-shaped、T-shaped、M-shaped stiffened composite panels. The boundary condition of the model is making the loading ends fixed and the two side edges free. The model is applied to the pure axial compression load. Hashin criteria is selected as the failure criterion. The post-buckling analysis has considered the influence of the initial defects of stiffened composite panels under the axial compression load. With the same cross-sectional area, this paper also discusses the effect of different shape section and different height of the ribs on the buckling load and failure loads. The analysis results show that the model is reasonable and effective. The work of this paper provides reference to improve the efficiency of the stiffened composite structures.Key Words：stiffened composite panel; buckling; bearing capacity; Hashin criteria; finiteelement analysis目录摘要 (i)Abstract (ii)第一章绪论 (1)1.1本课题研究背景及意义 (1)1.2复合材料加筋壁板国内外研究现状 (1)1.2.1 国内研究现状 (2)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3本文主要研究工作 (3)第二章复合材料加筋壁板承载能力分析基本理论与方法 (5)2.1引言 (5)2.2屈曲分析基本理论与计算方法 (5)2.2.1 加筋平板的局部屈曲分析 (5)2.2.2 加筋平板的总体屈曲分析 (6)2.2.3屈曲载荷计算方法 (7)2.3复合材料加筋壁板非线性屈曲基本理论 (8)2.4复合材料加筋壁板强度失效准则 (10)2.5本章小结 (13)第三章复合材料加筋壁板承载能力算例分析 (14)3.1引言 (14)3.2算例结构参数 (14)3.2.1材料属性 (14)3.2.2几何尺寸 (14)3.3 有限元建模 (16)3.4 屈曲后屈曲分析验证 (18)3.5 本章小结 (19)第四章复合材料加筋壁板参数分析 (20)4.1 引言 (20)4.2 构型参数 (20)4.2.1 材料属性 (20)4.2.2 截面参数 (20)4.3 筋条刚度配比对加筋壁板承载能力的影响 (23)4.3.1 工型截面 (23)4.3.2 帽型截面 (25)4.3.3 T型截面 (27)4.4 筋条截面形状对加筋壁板承载能力的影响 (29)4.5 本章小结 (30)第五章总结与展望 (31)5.1 全文总结 (31)5.2 工作展望 (31)参考文献 (33)致谢 (34)第一章绪论1.1引言复合材料由于其优异的力学性能，更大的比强度和比刚度，简单的制造工艺和更强的可设计性等特点，在航空航天、核工业、机械等重要的工业部门得到越来越多的应用。

复合材料层压板双剪连接三维失效分析袁坚锋;尼早;陈保兴【摘要】Based on 3D finite element model,the non-linear 3D Hashin criteria and exponential degradation model are introduced by ABAQUS User Subroutine,the failure load and mode of double-lap bolt joint forT800 composite laminates are predicted. The results of prediction are also compared with those of test. The comparison shows the model we build can simulate the bearing damage evolution. Meanwhile,the predicted failure load and mode match results of test very well.%基于三维有限元模型,通过ABAQUS子程序引入考虑剪切非线性的三维Hashin准则和指数材料退化模型,对T800复合材料层压板双剪连接结构的破坏载荷和失效模式进行预测,并与复合材料层压板双剪挤压试验结果进行对比.计算结果表明,文章建立的模型可以很好地模拟复合材料层压板螺栓连接的挤压损伤演化,并与试验中钉孔挤压的破坏载荷和失效模式吻合.【期刊名称】《江苏科技信息》【年(卷),期】2015(000)019【总页数】3页(P54-56)【关键词】复合材料层压板;双剪连接;渐进损伤分析;有限元分析【作者】袁坚锋;尼早;陈保兴【作者单位】上海飞机设计研究院,上海 201210;上海飞机设计研究院,上海201210;上海飞机设计研究院,上海 201210【正文语种】中文0 引言复合材料连接的失效准则种类较多，准确分析和预测连接强度较为困难。

复合材料层压板剪切屈曲性能探究马子广;王卫卫【摘要】碳纤维复合材料层压板受剪切载荷作用下屈曲性能的分析比较复杂,相应的结构试验难度也很高.因此通过经典层压板理论对其进行分析,建立了合理的数学模型,推导出了层压板在四边简支和四固支情况下的计算公式,并通过数值方法对某试验的试验件进行有限元建模,模拟复合材料层压板的受力方式,进行仿真计算,得出了复合材料层压板受载后的变形情况,应力分布及复材板的屈曲模式等,最后与某型号直升机上的复合材料层压板的剪切试验的试验结果进行对比分析,探究了某型号复合材料层压板的剪切屈曲性能.【期刊名称】《直升机技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】5页(P13-17)【关键词】复合材料层压板;屈曲分析;剪切试验;仿真计算【作者】马子广;王卫卫【作者单位】中国直升机设计研究所,江西景德镇 333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇 333001【正文语种】中文【中图分类】V216.1;V258+.3复合材料具有很好的可设计性、耐腐蚀性以及比强度、比刚度高，疲劳特性好，易修补等突出优点，因此已成为当今航空器实现有效减重，改善航空器性能的一种必不可少的材料[1]。

对于直升机来说，由于飞行速度相对低，气动载荷小，其机体结构采用复合材料更是具有得天独厚的条件。

在直升机结构中，剪切载荷是常见的受载形式。

为了研究在剪切载荷下复合材料板的屈曲破坏模式，国内外常用的就是设计四连杆夹具，然后进行加载的方法。

但是在实际操作中发现，该种方法所得结果与理论值有一定的差距，而且费时费力，成本大。

因此，需要充分利用有限元仿真分析的有利条件，探究出一种合理的建模分析方案。

另外，在设计中利用复合材料层压板的后屈曲强度特性提高结构的承载能力，需要进行极限强度分析和试验验证。

Onkar等通过随机有限元方法分析了带中心孔和不带中心孔的层压板在受压向载荷时，不同的边界条件对屈曲载荷的影响，得出了边界条件大大影响失稳载荷的结论[2]。

复合材料层合板面内剪切.试验方法
复合材料层合板面内剪切试验方法因其材料特性、试验设备以及试验环境的不同而有所区别。

以下内容详述面内剪切试验的基本步骤和方法。

首先，选择合适的复合材料，如玻璃纤维，碳纤维等，制备出层合板，使每层材料都均匀分布。

确保材料无明显裂纹、损伤和其它缺陷。

制备过程中需要注意，每一层的纤维方向应与其它层的方向相互交错，以增强层压板的强度和刚度。

然后，选择适当的剪切试验装置，如万能试验机等。

将制备好的复合材料层合板固定在试验机上，确保其在标定的剪切荷载下能够稳定地执行试验。

设置试验参数，包括荷载速率、荷载上限等。

开始试验时，万能试验机将以设定的速率施加剪切力，直至层合板破坏或达到设定的荷载上限。

在整个试验过程中，需要记录加载速度，荷载值，以及层合板
在受力过程中的形变情况。

试验完成后，通过分析收集到的数据，获得复合材料层合板面内剪切强度、刚度以及其它相关参数。

根据实验结果，可以进一步优化材料选择和层合板设计。

最后，在评估试验结果时，要注意比较不同材料，不同纤维排列方式以及不同工艺条件下的试验结果，以全面评价材料性能及其对面内剪切性能的影响。

总的来说，面内剪切试验是评估复合材料层合板性能的重要方法，要求操作者不仅要了解材料性质、试验设备以及试验技术，同时还要注重实验数据的分析与评估。

以上即为复合材料层合板面内剪切试验的基本步骤和方法。