复合材料层合板渐进损伤分析与试验验证

复合材料损伤演化机理复合材料损伤演化机理复合材料损伤演化机理是指复合材料在受到外界载荷作用下，其内部产生的损伤随时间的推移而逐渐演化的过程和规律。

复合材料作为一种结构材料，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。

了解复合材料的损伤演化机理，对于预测和评估其在使用过程中的寿命和性能至关重要。

复合材料是由多种不同性质的材料通过某种方式组合而成的。

这些材料之间存在着各种各样的界面和相互作用，从而形成了复杂的内部结构。

在外界载荷的作用下，复合材料内部的应力会集中在一些局部区域，从而导致损伤的产生。

复合材料的损伤可以表现为裂纹、断裂、层间剥离、纤维断裂等形式。

这些损伤的产生与复合材料内部的微观结构有关。

一般来说，复合材料的微观结构是由纤维束和基体组成的。

在外界载荷作用下，纤维束和基体之间的界面会受到剪切、撕裂等力学作用，从而导致损伤的发生。

损伤的发生和演化过程可以分为几个阶段。

首先是损伤的初始化阶段，即在外界载荷作用下，复合材料内部的一些微小缺陷会逐渐扩大形成裂纹。

接下来是损伤的扩展阶段，裂纹会由缺陷区域扩展到整个复合材料的结构中。

最后是损伤的破坏阶段，即裂纹扩展到一定程度导致复合材料的失效。

损伤的演化机理是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

首先是复合材料自身的性质和结构。

不同的复合材料具有不同的力学性能和破坏模式。

其次是外界载荷的大小和方向。

不同大小和方向的载荷作用下，复合材料的损伤演化过程也不尽相同。

此外，温度、湿度等环境因素也会对损伤演化过程产生一定的影响。

为了更好地了解复合材料的损伤演化机理，研究人员通过实验和数值模拟等方法进行深入研究。

他们通过观察和分析复合材料的微观结构和损伤形态，建立了相应的力学模型和数学模型，以预测和评估复合材料的寿命和性能。

总之，复合材料的损伤演化机理是一个复杂而重要的研究领域。

通过深入研究和了解复合材料内部的损伤演化过程，可以为复合材料的设计、制造和使用提供科学的依据，从而提高其性能和寿命。

复合材料探伤方法
复合材料探伤方法是指用于检测复合材料中可能存在的缺陷或损伤的方法。

常用的复合材料探伤方法有以下几种：
1. 超声波探伤：通过超声波的传播和反射来检测材料内部的缺陷。

适用于检测复合材料的层间和层内缺陷。

2. 热红外成像：利用材料中缺陷的热传导性质来检测缺陷。

适用于检测复合材料中的局部缺陷。

3. X射线检测：利用X射线的透射和散射特性来检测材料的
缺陷和内部结构。

适用于检测复合材料中的金属缺陷和层间胶接质量。

4. 磁粉检测：通过在材料表面涂布磁粉，利用磁场的作用，观察磁粉在缺陷处积聚的情况，来检测材料的缺陷。

5. 声发射检测：利用材料在受到外力作用时会发生微小的声发射来检测材料的缺陷。

适用于检测复合材料的疲劳损伤和局部破裂。

6. 电磁波探测：利用电磁波的透射和反射特性来检测材料的缺陷。

可以应用于复合材料的层间和层内缺陷及电磁性能的检测。

以上是常用的复合材料探伤方法，其选择取决于复合材料的结构和要检测的缺陷类型。

不同的方法和设备可以相互补充和验证，提高探测的准确性和可靠性。

abaqus复合材料材料损伤准则下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!Abaqus复合材料材料损伤准则1. 简介复合材料是由两种或两种以上的基本材料组成的新材料，具有轻质、高强度、高刚度等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。

复材非线性及渐进损伤的态型近场动力学模拟刘肃肃;余音【摘要】为了实现复合材料材料非线性行为在态型近场动力学的模拟,引入单参量非线性本构模型来确定态型近场动力学中力状态与变形状态之间的非线性关系.为了实现复合材料渐进损伤行为的态型近场动力学模拟,在力状态表达式中引入一个标量函数,以实现利用强度准则判断物质点之间作用力是否失效.采用动力松弛法作为数值求解方法.结果显示,模型计算得到的单向复合材料板(AS4/PEEK)的非线性应力-应变曲线与试验数据吻合良好;对中心含孔复合材料板的渐进损伤模拟则表明,该模型模拟的破坏形式与已有研究的模拟结果及实验观察结果一致.探索和实现了复合材料非线性本构在态型近场动力学中的引入以及复合材料渐进损伤在态型近场动力学中的模拟.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2016(050)005【总页数】8页(P993-1000)【关键词】近场动力学;复合材料;非线性;渐进损伤;动力松弛法【作者】刘肃肃;余音【作者单位】上海交通大学航空航天学院,上海200240;上海交通大学航空航天学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TB332近场动力学(peridynamic theory, PD)[1-2]是一种新兴的基于非局部作用思想的理论.不同于传统理论的是,该理论采用积分形式构建运动方程,在解决诸多不连续问题方面具有独特的优势.近年来,PD理论受到了广泛的关注并得到了迅速的发展.黄丹等[3]对PD的基本方法及其相关应用进行了介绍,并将PD应用于模拟混凝土的冲击破坏过程[4]；胡祎乐等[5]则将PD应用于分析复合材料层压板的渐进损伤；孙璐妍[6]在研究中建立了金属平板和曲板稳定性分析的PD模型.最初的键型近场动力学理论(bond-based peridynamics)[1]在采用对点力函数(pairwise force function)来描述物质点之间的相互作用力时,存在一定的不足[3,7].这种对点力函数假设认为两物质点之间的相互作用力是等大反向的,并且未考虑邻域内其他因素(如其他物质点及物质点间作用力)对该作用力的影响,在描述各向同性、线弹性材料时,其泊松比只能局限于0.25.此外,在应用该理论描述金属材料的塑性时,也会出现与实验现象相矛盾的结果[3,7].为了解决上述问题,Silling等[7-8]提出态型近场动力学理论(state-based peridynamics),该理论不仅可以应用于不同泊松比的材料,同时也可以在PD理论框架下实现一些经典力学模型的应用：Foster等[9]在态型PD理论中利用金属塑性理论分析了6061-T6铝合金的粘塑性响应；Tupek等[10]则在态型PD理论中整合了经典力学破坏模型,模拟了6061-T6铝合金在冲击载荷下的破坏过程及单轴拉伸载荷下的力学响应.已有的复合材料PD模型多采用键型PD理论进行建模：Askari等[11]在用键型PD理论对复合材料进行建模时,分别采用纤维键和基体键来考虑纤维和基体的不同性能；Killic等[12]将单向复合材料离散成纤维域和基体域,两者之间的比例可以反映纤维体积含量；Hu等[13]则采用宏观偏轴模量来等效确定复合材料层内键的大小.这些模型给出了与实验现象相符的破坏模式,对宏观等效性能的精确定量分析还比较缺乏,相关的定量分析也多在线弹性范围内,既能准确预测复材材料非线性行为、又能描述其损伤行为的PD模型有待进一步研究.本文采用态型PD理论对复合材料进行建模,采用经典单参量非线性本构模型确定力状态与变形状态之间的关系,并在损伤描述中引入传统的强度准则.为验证模型的有效性,编写了数值计算程序,并对AS4/PEEK复合材料在单轴拉伸载荷作用下的材料非线性行为及渐进损伤过程进行模拟,与文献中的实验结果及有限元的计算结果进行对比.近场动力学将物体离散成一系列物质点,在物体参考构型R内,物质点x存在半径为δ的邻域(Horizon)H,在该邻域内物质点x与其他物质点x′存在相互作用.记物质点x与物质点x′的初始坐标分别为x和x′,位移分别为u和u′,则两物质点的相对位置和相对位移可分别表示为ξ=x′-x,η=u′-u,如图1所示.在近场动力学中,物质点x上建立运动方程为在态型近场动力学理论中,以“状态”(State)来描述ξ到其他物理量之间的映射关系.将图1中的向量ξ称为键(Bond),物质点x周围所有的键构成的集合记为H,则状态表示了ξ∈H到张量集合(记为〈ξ〉)的映射.物质点的位置状态(position vector 和变形状态(deformation vector 在ξ上分别定义为式(1)运动方程中的内力密度Lu可用力状态来表示：Silling等[7]通过与经典理论中应变能密度等效的方式得到了变形梯度的表达式：2.1 单参量非线性本构在表征复合材料物理非线性的宏观力学理论模型中,由Sun等[14]提出的单参量模型能够较为准确地描述单向复合材料在偏轴载荷作用下的非线性响应.在平面应力状态下,该模型在假设纤维方向为线弹性的基础上,获得了仅含单参量的塑性势能函数表达式：该塑性功增量又可表示为等效应力与等效塑性应变增量的乘积形式：定义塑性泊松比为2.2 强度准则Sun等[15]在对AS4/PEEK单向复合材料在各偏轴拉伸载荷作用下的强度进行测试后,认为其强度准则为3.1 本构方程在态型近场动力学理论中,力状态与应力张量σ之间存在以下关系[7]：将式(19)表示为增量形式,应力增量可用应变增量表示,相应的力状态增量为位移梯度可以用变形梯度式(5)表示将式(5)代入式(22),再代入式(20),得到3.2 损伤描述一些复合材料PD模型[11-13]在采用键理论分析损伤问题时,一般采用键的临界伸长率作为键是否失效的判断依据.然而材料的损伤特性也有可能取决于其他状态参量[10,15],如应力状态等.本文尝试了一种利用强度准则判断损伤是否发生的方法,为损伤在态型PD理论中的描述提供参考.在键型近场动力学理论中,为表征键是否断裂,建立了标量函数,该函数依据键是否达到临界伸长率分别取值为0和1.本文依据强度准则,将该标量函数表示为适用于态型近场动力学理论的形式：将式(24)引入式(20)得到如此,即可根据式(24)、 (25),依据式(17)的强度准则对两物质点之间作用力是否失效作出判断.式(25)的力状态表达式中包含了损伤和断裂的描述,可用于描述裂纹萌生和扩展过程.进一步,物质点x处损伤程度可用损伤指数φ进行表征：4.1 离散化方法对模型进行均匀离散化,并采用黎曼和对积分项进行求解.根据式(5)和 (6),得到物质点xj处的变形梯度和形状张量分别为4.2 数值求解动力松弛法是一种应用广泛的数值求解方法.在应用于静力问题时,动力松弛法可采用虚拟质量和虚拟阻尼,进而将静力问题转化成动力问题来进行求解.在施加初始增量步之后,系统首先在不平衡力的作用下发生运动,而后在迭代过程中不平衡力逐渐减小,系统动能也在阻尼作用下渐趋于零,最后达到静力平衡状态.依据达朗贝尔原理,第n次迭代时物质点的运动方程为在求解静力问题时,虚拟密度、虚拟阻尼与计算结果无关,但会影响计算稳定性和收敛速度[16].一般取Δt=1,将虚拟密度阵设为如下对角形式：当时,取.在确定虚拟密度和虚拟阻尼之后,即可根据现有位移场由式(29)确定非局部应变,再由式(25)确定的力状态增量对力状态进行更新,之后依据式(4)确定内力密度Lu,最后根据式(32)和式(33)迭代求解位移.4.3 收敛准则采用相对位移收敛准则判断物质点是否达到平衡状态：在第3、4章基础上编写了复合材料近场动力学模型的数值计算程序.在对模型进行均匀离散化之后,先给定离散点的位移边界条件及载荷条件,而后按照动力松弛法进行迭代求解.为验证模型及程序的有效性,分别对AS4/PEEK复合材料中心无孔层压板和中心含孔层压板受单轴拉伸载荷作用的情况进行建模计算,并与试验及有限元结果进行对比.试验数据及材料参数来自文献[15,18],材料参数如表1所示.其中参数A1和A2分别为式(8)中算例5.1和算例5.2所取的A值.5.1 中心无孔层压板受偏轴拉伸中心无孔层压板受偏轴拉伸载荷作用的示意图如图2所示,单向复合材料板的纤维方向与载荷作用方向的夹角为θ,取层压板有效尺寸为190.5 mm×19.0 mm.在离散化建模时,取物质点间距Δx=0.5 mm,邻域半径按照文献[19]的建议取δ=3Δx,模型最终包含物质点总数为14 478个.边界条件为一边固支,另一边施加纵向固定位移,边界条件施加在两端的物质点上.该模型的离散物质点数虽然不多,但是考虑到非线性迭代计算需要保证一定的增量步数,故而通过将各物质点的计算映射到计算机的单个线程的方式来实施并行运算,提高计算效率.最终得到的偏轴拉伸应力-应变曲线与试验数据的对比结果如图3所示.图中εL为根据式(29)计算得到的层压板中心处物质点在拉伸方向的非局部应变,σL为相应物质点在拉伸方向上的应力.由图3可见,本模型的计算结果与试验数据吻合良好,误差小于9.2%.如图4所示给出了不同偏轴角度下层压板中心处物质点的塑性泊松比的对比结果.可见,各偏轴角度下由本模型计算所得的塑性泊松比相对式(16)的理论值更接近于试验值.5.2 中心含孔层压板受轴向拉伸中心含孔层压板受轴向拉伸载荷作用的示意图如图5所示,复合材料层压板的纤维方向与载荷作用方向一致,取层压板有效尺寸177.5 mm×45.5 mm.在离散化建模时,本算例仍然取物质点间距Δx=0.5 mm,邻域半径δ=3Δx,最终模型包含物质点总数为30 853个.中心圆孔半径为20.5 mm,圆孔周边p1处沿环向贴有应变片,p1与圆孔中心的位置关系见图6.按模型离散点位置,本模型实际所取角φ=32.27°.根据本模型得到的远端应力σR-孔边应变εH曲线与试验数据的对比结果如图6所示,两者在应变较小处吻合良好,但在应变较大处出现了差异.这种差异可能是由于单参量塑性模型的参数是在比例加载情况下得到的,只能近似适用于孔边的受力状态[18].如图7和8所示分别给出了端部产生总长度1%的位移时,纵向(载荷作用方向)与横向的位移场分布云图.损伤指数φ采用式(26)进行表征.(a)和(b)分别为有限元(FEM)的计算结果和本模型的计算结果.由图7、8可见两者的纵向位移场分布几乎没有差别.在横向的位移场分布上,由有限元计算所得的正向与反向的最大位移分别为0.320和-0.324 mm,PD计算得到的则对应为0.387和-0.391 mm,但在[-0.324,0.320]范围外的位移仅分布在靠近圆孔周边的少量物质点上.总体而言, PD 计算所得的位移场分布与有限元的计算结果相一致.5.3 中心含孔层压板的渐进损伤模拟由于近场动力学的优势主要体现在分析不连续问题,本文采用第3节所述的损伤描述方法对中心含孔层压板受拉伸载荷作用下的渐进损伤进行了模拟.损伤程度采用式(26)进行表征,没有损伤时损伤指数为0,完全损伤后为1.选用5.2节所述的层压板尺寸及离散化参数,纤维方向与拉伸载荷作用方向分别取0°、45°、90°.如图9所示给出了本模型各角度铺层层压板的渐进损伤模拟结果,可见在单轴拉伸载荷作用下各角度铺层层压板的损伤均起始于圆孔周围,而后损伤沿纤维方向发生扩展.对比已有研究[20]中对纤维增强树脂基复合材料的模拟结果以及实验观察结果(见图10的(a)、(b)),本模型模拟的各铺层角度下的破坏形式与文献[20]基本相符合. (1)本研究采用了态型近场动力学对复合材料进行建模,通过引入单参量非线性本构来确定力状态与变形状态之间的关系.采用该模型计算了中心无孔AS4/PEEK单向复合材料板在偏轴拉伸载荷下的力学响应.结果显示,由本模型计算得到各偏轴角度下的应力-应变曲线与试验数据吻合良好.(2)对中心含孔层压板受轴向拉伸情况的计算表明,本模型得到的远端应力-孔边应变曲线在应变较小处吻合良好.计算得到的位移场分布与有限元的计算结果相一致.(3)在力状态表达式中引入一个标量函数,以实现利用强度准则判断物质点之间作用力是否失效,从而模拟复合材料的渐进损伤过程.对中心含孔层压板的渐进损伤模拟表明,损伤最初起始于孔边,而后沿纤维方向发生扩展.由本模型模拟的各角度下的破坏形式与有关研究中对纤维增强树脂基复合材料的模拟结果以及实验观察结果相一致.(4)通过以上算例,模型的有效性得以验证,实现了复合材料非线性及渐进损伤在态型近场动力学中的模拟,为复合材料在态型近场动力学中的建模提供新的思路与方法.。

纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展一、本文概述纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composite，简称FRC）层合板作为一种先进的轻量化材料，因其具有优异的力学性能、良好的抗疲劳性、高比强度和高比模量等优点，在航空航天、汽车制造、船舶工业以及土木工程等领域得到了广泛的应用。

然而，复合材料层合板在使用过程中常常面临分层损伤（delamination）的问题，这种损伤形式会严重影响其结构完整性和承载能力，甚至可能导致灾难性的后果。

因此，对纤维增强复合材料层合板分层扩展行为的研究具有重要的理论价值和工程意义。

本文旨在全面综述纤维增强复合材料层合板分层扩展行为的研究进展，包括分层损伤的机理、影响因素、检测方法以及防护措施等方面。

通过对国内外相关文献的梳理和评价，本文旨在揭示当前研究的热点和难点，分析存在的问题和不足，并展望未来的研究方向。

通过本文的综述，期望能为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，推动纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究的深入发展。

二、纤维增强复合材料层合板的基本结构与性能纤维增强复合材料层合板（Fiber Reinforced CompositeLaminates）是一种由多层不同方向、不同性质的单层复合材料叠加而成的结构材料。

这种材料因其优异的力学性能，如高强度、高模量、良好的抗疲劳性能以及优良的抗腐蚀性能，在航空航天、汽车制造、船舶工程、土木工程等领域得到了广泛的应用。

在基本结构上，纤维增强复合材料层合板主要由基体材料和增强纤维两部分组成。

基体材料通常为热固性或热塑性树脂，起到粘结和固定增强纤维的作用。

增强纤维则主要由高性能纤维如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等构成，这些纤维以其高强度、高模量特性赋予了层合板良好的力学性能。

纤维增强复合材料层合板的性能特点主要体现在以下几个方面：其具有较高的比强度和比模量，即单位质量所能承受的力量和抵抗变形的能力，这使得它在轻量化设计方面具有显著优势。

复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度的等效实验方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度的等效实验方法1. 引言复合材料在工程结构中广泛应用，其冲击损伤行为及冲击后压缩强度的研究对于材料设计与应用具有重要意义。