《層合複合材料結構的粘聚區擴展有限元模型研究》是依託南京航空航天大學，由葉強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：層合複合材料結構的粘聚區擴展有限元模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：葉強
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於粘聚區模型的擴展有限元法是分析層合複合材料結構失效問題的一種很有前景的方法。目前的研究工作側重於該模型在界面失效問題的套用研究，而對模型本身存在的精度、收斂性問題以及層內失效、多損傷失效的分析問題缺乏基礎研究。存在的主要問題包括：擴充形函式影響仿真精度、收斂性的問題，層間斷裂韌性的預測問題，層內壓縮失效及多損傷耦合問題的擴展有限元模擬問題。通過理論與實驗研究，提出解決問題的思路與方法，主要包括：(1) 基於粘聚區的損傷擴展特點,提出一種新的擴充形函式的構造方法及應變場平滑處理方法；(2) 提出基於分層的細觀失效機理的層間斷裂韌性的預測方法；(3) 根據壓縮模式下單層板的細觀失效機理，提出層內壓縮致使的剪下滑移失效的擴展有限元模型；(4)通過在位移場中置入耦合項的方式，實現多損傷耦合作用的擴展有限元模擬。這些問題的解決為建立基於擴展有限元模型的層合複合材料結構的失效評估方法奠定理論基礎。
結題摘要
基於粘聚區模型的擴展有限元法是分析層合複合材料結構失效問題的一種很有前景的方法。目前的研究工作側重於該模型在界面失效問題的套用研究，而對模型本身存在的精度、收斂性問題及層內失效、多損傷失效等關鍵技術問題缺乏研究。針對這些關鍵技術問題，通過理論與試驗研究，完成的主要工作包括：（1）構建了基於NURBS曲面的高階擴展有限元模型，用於模擬層合複合材料結構的層間分層損傷的擴展過程，有效地實現了粘聚力分布從粘聚區到完全失效區的平滑過渡，增大了粘聚區模型所需的最小格線尺寸；（2）構建了預測不同鋪層間斷裂韌性的細觀模型，建立了離位增韌和Z-PIN增強複合材料結構的界面失效分析的試驗與仿真技術；（3）從複合材料層內損傷失效的細觀機理出發，結合層內損傷的失效判據，建立了基於層內損傷模式的粘聚區擴展有限元模型，該模型不僅可用於模擬層內拉伸失效模式，也可用於模擬層內壓縮載荷所致的剪下破壞失效模式；（4）根據複合材料層內損傷與層間損傷相互耦合的細觀機理，建立了多損傷耦合的擴展有限元模型，並採用該模型對複合材料加筋壁板的衝擊後軸壓破壞試驗進行了仿真，探究了其衝擊失效機理及衝擊後壓縮損傷擴展機制，為飛機結構中複合材料加筋壁板的損傷容限設計和對比選型提供設計建議。
