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复合材料层合结构的损伤与断裂行为研究复合材料层合结构的损伤与断裂行为研究是一个重要的领域，它对于提高复合材料的使用性能和延长其使用寿命具有重要意义。
本文将从损伤形成机制、损伤评估方法以及断裂行为研究等方面进行介绍。
首先，复合材料层合结构的损伤形成机制是研究的重点之一。
复合材料由纤维增强体和基体组成，其在受力过程中容易出现纤维断裂、界面剥离、基体开裂等损伤形式。
纤维断裂是指纤维在受力过程中发生断裂，通常是由于纤维内部存在的缺陷或者纤维与基体之间的界面粘结强度不足所引起的。
界面剥离是指纤维与基体之间的粘结强度不足，导致纤维与基体之间发生剥离现象。
基体开裂是指基体材料在受力过程中发生开裂，通常是由于基体材料的强度不足或者存在的缺陷所引起的。
其次，损伤评估方法是研究复合材料层合结构的损伤与断裂行为的重要手段。
常用的损伤评估方法包括非破坏性检测方法和破坏性检测方法。
非破坏性检测方法主要包括超声波检测、红外热像检测、电磁波检测等，它们可以通过检测材料内部的损伤情况来评估材料的损伤程度。
破坏性检测方法主要包括拉伸试验、剪切试验、冲击试验等，它们可以通过对材料进行破坏性加载来评估材料的断裂强度和断裂韧性等性能。
最后，断裂行为研究是研究复合材料层合结构的损伤与断裂行为的关键内容之一。
复合材料在受力过程中常常出现断裂现象，断裂行为的研究可以帮助我们了解复合材料的断裂机制和断裂特性。
常用的断裂行为研究方法包括断口形貌观察、断口扫描电镜分析、断裂力学模型建立等。
通过对断口形貌的观察和分析，可以了解复合材料的断裂模式和断裂机制。
通过断裂力学模型的建立，可以预测复合材料的断裂强度和断裂韧性等性能。
总之，复合材料层合结构的损伤与断裂行为研究对于提高复合材料的使用性能和延长其使用寿命具有重要意义。
通过研究损伤形成机制、损伤评估方法以及断裂行为，可以为复合材料的设计和应用提供科学依据，并为复合材料的性能优化和改进提供技术支持。
具有分层损伤复合材料加筋与无加筋层合板热-机械力屈曲性
态
陈浩然;尹向勇;刘相斌
【期刊名称】《复合材料学报》
【年(卷),期】2000(017)002
【摘要】基于复合材料一维剪切理论--Mindlin理论,给出了材料性质与温度有关的含分层损伤复合材料加筋和无加筋层合板的线性和非线性热-机械力耦合情况下的屈曲问题有限元分析方法,并研究了含分层损伤的加筋和无加筋层合板的两种不同类型的热-机械力屈曲问题.通过典型算例分析,讨论了热-机械力耦合效应和分层大小对含分层损伤结构的屈曲性态的影响关系.
【总页数】4页(P70-73)
【作者】陈浩然;尹向勇;刘相斌
【作者单位】大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116024;大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116024;大连理工大学,工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】TB330.1;O242.21
【相关文献】
1.具有分层损伤的不同加筋形式复合材料层合板的后屈曲性态研究 [J], 白瑞祥;王蔓;陈浩然
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3.分层损伤复合材料加筋层合板屈曲和后屈曲性态研究 [J], 白瑞祥;陈浩然;刘远东
4.含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析 [J], 陈浩然;尹向勇;郭兆璞;孙先念
5.含多分层损伤的先进复合材料格栅加筋圆柱壳(AGS)的热-机耦合非线性屈曲分析[J], 陈浩然;周柏华;白瑞祥
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含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为
研究
李峰;陈金龙;宫文然
【期刊名称】《宇航材料工艺》
【年(卷),期】2016(046)005
【摘要】分层损伤是复合材料层合板结构最主要的损伤形式,其主要由于制造缺陷以及受到外力冲击而产生.本文对含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为进行研究,首先利用Rayleigh-Ritz法对含圆形分层复合材料层合板进行二维模型建立,通过此理论模型可以计算出材料屈曲临界弯矩值以及在特定弯曲载荷下中心点的离面位移值.随后,采用三维数字图像相关方法对分层材料进行实验研究,得到了分层材料在弯曲载荷作用下的屈曲形貌以及其中心点的载荷—位移曲线.通过实验验证了理论的可行性与准确性,可用于对含圆形分层材料在弯曲载荷作用下屈曲临界弯矩以及中心点离面位移大小的初步估算.
【总页数】9页(P29-37)
【作者】李峰;陈金龙;宫文然
【作者单位】天津大学力学系,天津300072;天津大学力学系,天津300072;天津市现代工程重点实验室,天津300072;天津大学力学系,天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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1.含分层损伤复合材料层合板的屈曲特性研究 [J], 郭兆璞;陈浩然
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4.含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析 [J], 陈浩然;尹向勇;郭兆璞;孙先念
5.含内埋圆形或椭圆形脱层复合材料层合板的屈曲分析 [J], 李道奎;周建平;雷勇军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
收稿日期 1998-09-02第一作者:39岁,男,副教授,沈阳建筑工程学院土木工程系,沈阳,110015.层板分层屈曲后屈曲问题中的Mindlin 模型杨 刚 张凤鹏 黄宝宗摘 要 针对复合材料层合板壳结构分层问题,提出二维分层M indlin 模型,给出分层前缘处的位移连续条件及转换关系,并通过算例证明该分析模型的可靠性和正确性.关键词 复合材料;分层;屈曲;后屈曲中图法分类号 O 343.9分层模型在分层研究中一直受到关注,它简化得是否合理将直接影响分析结果的实际应用.目前无论用解析法还是数值法大多采用的是薄膜模型 1~3.它把分层(薄膜)视为无限厚物体的一部分,或将分层固支在一定厚度的母体上,不考虑层板(母体)总体行为的影响.由于 薄膜 近似模型简单,子层边界条件容易处理,因此仍被广泛采用.薄膜模型中分层厚度远小于母体厚度,因此,认为子层屈曲而层板总体不弯曲是可行的,并能得到相对满意的结果.但对于分层厚度与母体厚度可比的层板,在分层屈曲的同时很可能发生整体屈曲,这也是工程中常见的分层屈曲形式,如果再用薄膜模型进行简化,将会产生较大的误差.图1 分层模型一个较好的分析模型是把分层层板考虑成几块板或壳的组合体(见图1).它由三部分组成:一是上面的分层部分,二是底层部分,三是未分层部分.通常分层厚度与层板厚度可比.由于分层边缘位移场不象薄膜模型限制的那么强,故在局部屈曲的同时,可伴随总体屈曲.采用这一模型能得到较合理的分层屈曲和后屈曲解,分析分层的出现对总体屈曲载荷的影响,分析局部屈曲和总体屈曲的相互作用.这一模型在分层前缘处的变形比较复杂,考虑了横向剪切变形影响.而剪切变形理论有很多种,其中使用比较广泛且又比较简单的是M indlin 假设.这种二维分层Mindlin 模型多用于数值法,如有限元法.本文首先简单阐述二维分层Mindlin 模型的基本思想及相关问题,然后给出一些算例,证明这种斜法线假设在一定条件下可以得到较精确的结果.1 基本假设和基本方程考虑一层板由各种铺设方向的单向纤维增强材料构成.板内含有一任意形状的分层,将层1998年10月第14卷第4期沈 阳 建 筑 工 程 学 院 学 报Journal of Sheny ang Arch.and Civ.Eng.I nstOct 1998V ol 14,No 4图2 M indlin 板分层前缘区示意图板分为三部分:分层区 1,底层区 2和未分层部分为 0区(如图1所示).假设每个区域均为非线性变形的Mindlin 板壳,在分层前缘处3块板壳位移和转角连续,这意味着裂尖处变形前中面法线在变形后仍保持直线(如图2所示).这一M indlin 模型与只考虑分层区非线性的薄层(Thin -film)模型比较,包括了整个板壳的非线性影响,因而具有更好的精度.按二维分层M indlin 模型,区域 1, 2和 0是3个M indlin 板壳,在各自中面坐标系下的基本关系见文献 4 .在交界面处(见图2)需满足下列连续条件.假设在A(i)点(3块板中面与交界面的交点)的位移和转角为u (i ),v (i ),w (i ), (i )x , (i )y ,而 (i )z 为横向剪切应变,则(i)=w ,(i )- (i )z ( =x ,y ; i =0,1,2)(1)由连续条件,A (1)和A (2)点的位移和转角与A (0)点有以下关系,(1) = (2) = (0)u (i )=u (0)- (0)x z i =u (0)-w ,(0)x z i + (0)x z z iv(i )=v(0)-w ,(0)y z i + (0)y z z iw (i)=w (2)=w (0) i =1,ch2(2)2 分层前缘位移转换关系本文采用有限元法分析层板屈曲和后屈曲问题,基本理论可见文献 3,4 ,这里主要根据文献 4 中给出的连续条件得到分层前缘处的位移转换关系.设 (0), (1)和 (2)分别代表结点A(0),A (1)和A (2)点的广义位移矢量,即(0)=[u (0),v (0),w (0),w ,(0)x ,w ,(0)y , (0)x z , (0)yz , (1)x z , (1)y z , (2)x z , (2)yz ]T(i)=[u(i ),v(i ),w(i ),w ,(i )x ,w ,(i )y , (i )xz , (i )yz ]T(i =1,2)(3)可见,除分层边缘上的点,节点自由度为11外,板内其它点自由度均为7.根据(2)式,它们之间的转换关系可用矩阵表示为(i )=R i 0(0)(4)这里Rz 10000z 1000000-10100-101001001(5)328 沈 阳 建 筑 工 程 学 院 学 报第14卷R 20=100-z 20z 2000000100-z 20z 200000010********0010-100010000010-10001000000000100001((6)在含有分层的层板有限元分析中,使用这一模型时,必须把 (0)作为A(0),A (1),和A (2)点的广义位移矢量,因此当组集总刚时,必须借助矩阵R 10和R 20对 1和 2中含A(1)和A(2)点的单元进行单刚转换.其转换过程是K 0=T T K (i )T(7)式中,K (i)是按 1和 2区坐标系计算得到的单元刚度矩阵,T 为单元刚度转换矩阵:T =T 11T 22T 33)x(8)T ii 按节点是交界上的点,还是 1或 2上的点依次取T ii =I 7 7 T ii =R 10 T ii =R 20(9)经过这种转换处理后,含有这样点的不同壳上的单元刚度矩阵即可进行叠加,进入总刚.3 算例与数值分析例1 含有贯穿分层的条形层板(如图3所示).受单向压缩,参考载荷p =50 103N/m ,板长宽为100mm 20mm,共16层(单向铺设),每层厚0 1125m m.材料为石墨/环氧树脂,E 1=135 4GPa,E 2=9 6GPa, 12=0 31,G 12=G 13=G 23=4 8GPa.分层在1~2层之间,分层尺寸为a .由于对称性取1/2板分析,得到临界载荷P cr 与分层相对尺寸a/l 之间的关系曲线(见图4),可见本文M indlin 模型解比文献 1 的解更接近实验解.图3 贯穿分层模型 图4 临界载荷与a/l 的关系曲线例2 中间含有圆形分层的双向受压层合板(见图5).参考载荷p =103N/m,共10层(0 )10,板长和宽100mm 100mm,厚度10 0 5mm.各层均为各向同性材料,E =6 5GPa,G =2 5GPa, =0 3.分层在1~2层之间,分层半径为r =30mm,考虑对称性,取1/4板分329第4期杨 刚等:层板分层屈曲后屈曲问题中的M indlin 模型析.按限制总体弯曲(在 0, 2区z =0,面内w =0)和不限制总体弯曲,计算了载荷与分层中点挠度关系曲线(见图6),载荷与能量释放率(45 分层边缘上的能量释放率)关系曲线见图7,能量释放率沿分层边缘分布曲线见图8.图5 圆形分层模型 图6 载荷与分层中点挠度曲线图7 载荷与能量释放率曲线 图8 能量释放率沿分层边缘分布曲线从图6,7中可以看到,用M indlin 模型限制总体弯曲的解与文献 2 的解析解非常吻合;而不考虑总体弯曲影响时,两个解差别有所增加,但由于分层较薄,这种差别仍然很小.例3 中部含有圆形分层的单向受压层合板(见图5).参考载荷p =106N/m,共8层( 45 /0 /90 )s ,板长和宽100mm 100m m,第一层厚0 4mm.其余各层厚0.5143mm,分层在1~2层之间,分层半径为r =15mm,材料为石墨/环氧树脂,E 1=134GPa,E 2=10.2GPa, 12=0.3,G 12=G 13=5.52GPa,G 23=3.43GPa,限制总体弯曲.得到分层中点挠度与受载边位移(应变)之间的关系曲线见图9;能量释放率沿分层边缘的分布曲线见图10.图9 分层中点挠度与受载边应变关系曲线 图10 能量释放率沿分层边缘分布曲线可见,本文M indlin 模型解与文献 5 的三维解很接近.330 沈 阳 建 筑 工 程 学 院 学 报第14卷参 考 文 献1 W oo -M in Kyoung and Chun -Gon Kin.Delamination Buckling and Gr owth of Composite L aminated Plates w ithT r ansverse Shear Deformation.Journal of Composite M aterials,1995,29(15):2047~20682 Evans A G and Hutchinson J W.On the M echanics of Delamination and Spalling in Compressed Films.Int.J.Solids Structures.1984,20(5):455~4663 Srivatsa K S,V idy ashankar B R,Krishna M urty A V and V ijaykumar K.Buckling of Laminated platesContaining Delaminatio puters &structures,1993,48(5):907~9124 Huang B Z,Shenoy V B,Atluri S N.Aquas-i conforming triang ular lamminated composite shell element based ona refined first -order put,Mech.,1994,13(4):295~3145 Jo hn D.Whitcomb.T hree -Dimensional Analysis of a Postbuckling Embedded Delamination.Journal of CompositeM aterials,1989,23(10):862~889Min dlin model in delamination bu ckling an d postbu ckling of lamin ate Yan g G an g (Dept.ofCiv.Eng.,Shenyang Arch.and Civ.Eng.Inst.,Sheny ang ,110015,China)Zhang Fengpeng,Huang Baozhong (Northeast university,Shenyang,110006,China)Received Sep. 2 1998Abstract A M indlin model of 2-D delamination is proposed for delamination on laminatedcomposite plat/shell structure;Continuous condition and conversion relation of foredisplacement of delamination are show n;The model is proven to be reliable and correct by ex amples.Keywords Composite materials;delamination;buckling;postbuckling331第4期杨 刚等:层板分层屈曲后屈曲问题中的M indlin 模型。
含分层损伤复合材料层合板分层扩展研究
孙先念;陈浩然;苏长健;刘相斌
【期刊名称】《力学学报》
【年(卷),期】2000(032)002
【摘要】采用基于Mindlin一阶剪切理论的四节点板单元,分析了含椭圆分层复合材料层合板分层扩展行为.利用虚裂纹闭合技术计算分层前缘处的总能量释放率,并采用总能量释放率准则作为分层扩展准则,结合自适应网格移动技术,并考虑了分层前缘闭合接触效应,对复合材料层合板的分层扩展行为进行了模拟分析.结果表明,初始分层形状对其扩展方式有很大影响.
【总页数】10页(P223-232)
【作者】孙先念;陈浩然;苏长健;刘相斌
【作者单位】大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116023;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116023;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116023;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连,116023
【正文语种】中文
【中图分类】O3
【相关文献】
1.含椭圆分层损伤复合材料层合板分层前缘接触效应研究 [J], 孙先念;陈浩然;陈绍杰
2.含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为研究 [J], 李峰;陈金龙;宫文然
3.含层间分层损伤复合材料层合板的动力响应研究 [J], 洪明;陈浩然
4.含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究 [J], 洪明;陈浩然
5.含分层损伤复合材料加筋层合板的分层扩展研究 [J], 白瑞祥;陈浩然
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复合材料层合板三点弯曲分层损伤有限元模拟施建伟;张彦飞;杜瑞奎;赵贵哲;刘亚青【期刊名称】《工程塑料应用》【年(卷),期】2015(41)2【摘要】针对复合材料的分层损伤，在有限元软件ABAQUS中引入了双线性粘结域单元层建立有限元模型，模拟分析了分层的起始以及演化，同时研究了粘结域单元尺寸及粘结域单元和层合板单元损伤退化参数最大值对分析结果的影响，最终选定0.2 mm的粘结域网格单元与损伤退化参数分别为0.98和0.97的粘结域单元与层合板单元，得到了层合板不同位置分层损伤起始及损伤扩展，并通过实验测试验证了模拟结果的准确性。
%Aiming at the delamination behavior of composite laminates,bilinear cohesive-zone elements were employed in the commercial code ABAQUS to establish the finite element model to model the onset and progression of inter-ply delamination process, element size and damage max degradation parameter of cohesive-zone elements and laminate element were taken into consideration. Finally 0.2 mm,0.98 and 0.97 respectively is used as element size,damage max degradation parameter of cohesive-zone elements and laminate element. The research gets the onset and progression of delamination process of different positions of laminate. The accuracy of the simulation results is verified by experimental measurement.【总页数】4页(P60-63)【作者】施建伟;张彦飞;杜瑞奎;赵贵哲;刘亚青【作者单位】山西省高分子复合材料工程技术研究中心，太原 030051; 中北大学材料科学与工程学院，太原 030051;山西省高分子复合材料工程技术研究中心，太原 030051; 中北大学材料科学与工程学院，太原 030051;山西省高分子复合材料工程技术研究中心，太原 030051; 中北大学材料科学与工程学院，太原030051;山西省高分子复合材料工程技术研究中心，太原 030051; 中北大学材料科学与工程学院，太原 030051;山西省高分子复合材料工程技术研究中心，太原030051; 中北大学材料科学与工程学院，太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TB332【相关文献】1.内埋元件复合材料层合板分层损伤的试验及数值研究 [J], 乔文静;肖毅;福田博;八田博志;薛元德2.含圆形分层损伤复合材料层合板在弯曲载荷作用下的屈曲行为研究 [J], 李峰;陈金龙;宫文然3.复合材料层合板分层损伤动态检测方法 [J], 田淑侠;王双双;王胜永;樊江磊;张德海;杜文辽4.基于曲率模态的复合材料层合板分层损伤检测方法研究 [J], 田淑侠;王双双;樊江磊;张德海5.浅谈复合材料层合板低速冲击分层损伤发展趋势 [J], 曹思婷;王静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
武汉理工大学硕士学位论文复合材料层合板分层损伤数值模拟姓名：韩学群申请学位级别：硕士专业：复合材料学指导教师：王继辉20100501武汉理工大学硕士学位论文摘要随着复合材料的广泛应用，其破坏形式的研究日渐完善。
从细观损伤力学角度分析，复合材料层合板破坏分为面内破坏和层间破坏，如面内的纤维断裂，层间的分层、子层屈曲等。
统计资料表明，在各种损伤破坏中，分层失效约占６０％。
无论是单调静态还是疲劳荷载加载，分层的产生和扩展都会显著地降低复合材料结构的强度，甚至对结构造成灾难性的毁坏，从而带来严重的安全问题。
分层是复合材料最为严重的一种破坏形式。
所以研究复合材料层合板分层损伤演化过程具有重要意义。
复合材料层合板分层损伤的数值模拟，主要有两种建模方法：一种是基于损伤力学的模型；另一种是基于断裂力学的模型。
损伤力学模型在层间引进界面元。
分层界面的行为由界面处的张开位移与张力的关系控制。
应力．相对位移曲线围成的面积等于临界能量释放率。
由于微观裂纹和孔隙的扩展，能量发生耗散。
分层前缘处的网格精度要求比断裂力学模型的低，也不需要重新划分网格。
损伤力学模型建模方便，无需预先定义裂纹。
本文选用损伤力学模型建模，采用界面元模拟分层界面，壳单元模拟层合板。
为防止层合板的子层穿透，分层界面施加接触约束条件。
本文的主要研究目的是分析含初始分层损伤的层合板损伤在拉压荷载作用下的力学响应。
对于层合板受拉伸荷载作用的情况，本文考察了界面刚度、初始分层长度、非中面对称分层和分层界面铺层对层合板力学响应的影响。
分析结果表明，界面刚度对分层扩展的影响不大；初始分层长度只在分层扩展以前的加载阶段对层合板的力学性能有影响，而对分层扩展阶段影响甚微；对于非中面分层，本文提出了一个预测含非对称分层损伤的层合板的破坏强度的理论公式，理论预测值与有限元的计算结果吻合得较好。
对于层合板受压缩荷载作用的情况，考察了初始分层面积大小、不同铺层和非中面对称分层等因素对板中分层损伤的扩展和层合板力学性能的影响。
含孔复合材料层合板的结构参数对其屈曲性能的影响杜宇;杨涛;牛雪娟【期刊名称】《玻璃钢/复合材料》【年(卷),期】2015(000)011【摘要】利用ABAQUS软件,建立了含孔复合材料层合板的有限元模型,在层合板四边简支,承受轴向压力载荷作用下,分析讨论了孔径/板宽比、铺层比例、铺层角度、材料性能等结构参数对层合板的线性屈曲的影响.结果表明,孔径/板宽比d/w越大,屈曲载荷越小,当d/w≤O.1时,可认为是小孔洞情况,可近似按无限大层合板处理;90°铺层(与载荷受力方向一致)比例越大,或0°铺层(与载荷受力方向垂直)比例越小,屈曲载荷越大,增加±45°铺层比例,有利于降低层合板各向异性程度;对于斜交对称铺层的层合板,铺层角度对其屈曲载荷影响很大,最大值与最小值相差13.05N;材料主方向结构性能参数差别较大时,屈曲载荷也相差较大,材料的结构性能参数对屈曲承载力具有明显的影响.【总页数】5页(P25-29)【作者】杜宇;杨涛;牛雪娟【作者单位】天津工业大学,天津 300387;天津工业大学,天津 300387;天津工业大学,天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TB332【相关文献】1.含孔复合材料层合板孔边应力集中的近似计算 [J], 朱西平;郭章新;韩小平;支希哲2.含孔复合材料层合板的压缩性能研究 [J], 马少华;费昺强;回丽;许良;韩放3.含孔复合材料层合板的孔边应力分析及孔形优化 [J], 谢慈航;薛璞4.拉伸载荷下含孔复合材料层合板的力学性能及失效机理 [J], 朱浩;郭章新;宋鲁彬;王志华;李永存5.高温环境对含孔复合材料层合板屈曲性能的影响 [J], 吴世宝; 陈冠旭; 马佳; 高婧因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
