含缺陷复合材料结构两尺度损伤渐进研究

本研究将着眼于具有代表性的含损伤复合材料结构的渐进损伤，进行实验、理论分析和计算三方面的研究工作，探索复合材料渐进损伤破坏的实用虚拟试验方法。对含损伤复合材料结构件在典型工作载荷下的渐进损伤过程的机理研究和后失效过程及后失效载荷的预报理论进行研究，包括宏观尺度下结构力学性能、整体破坏模式的试验研究和微观尺度下复合材料代表体积单元的损伤起始、损伤演化、最终破坏的理论研究以及全过程有限元模拟研究。主要的工作包括三个方面，分别是观察记录含损伤复合材料结构试验过程中损伤过程；建立基于细观力学的含损伤复合材料结构分析模型，选取并改进综合考虑应力状态和应变状态的实用破坏判据，在损伤演化过程中引入断裂力学方法；改进有限元分析方法，建立接近真实的构件尺寸分析模型，并通过二次开发将改进判据应用到对结构的非线性渐进损伤分析中，获得符合试验结果的模拟数据。

复合材料的损伤是一个多尺度的复杂问题，损伤的渐进分析及强度的预估是复合材料工程应用中的关键。本研究主要针对航空工程中由碳纤维增强树脂基复合材料层压板制成的复合材料结构，开展了试验、损伤理论分析和有限元计算三方面的研究工作。对含损伤复合材料结构件在典型工作载荷下的渐进损伤过程的机理研究和后失效过程及后失效载荷的预报理论进行了研究，获得了一些复合材料结构宏观力学性能、破坏模式和微观代表体积单元的损伤起始、损伤演化、最终破坏的的试验及理论研究成果。主要的成果包括三个方面，建立了基于细观力学的含损伤复合材料结构分析模型；尝试了多种复合材料损伤判据并最终选取符合试验结果的破坏判据；改进了有限元分析方法，通过二次开发将损伤渐进分析方法应用到对结构的非线性渐进损伤分析中，获得符合试验结果的模拟数据。这些研究成果为复合材料的工程应用，特别是在结构设计过程中的虚拟试验和刚度、强度及损伤破坏模式预估奠定了基础。