基于剪切非线性三维损伤本构模型的复合材料层合板失效强度预测

编号 zgly0001721049

文献类型 期刊论文

文献题名 基于剪切非线性三维损伤本构模型的复合材料层合板失效强度预测

作者 杨凤祥  陈静芬  陈善富  刘志明 

作者单位 暨南大学力学与建筑工程学院重大工程灾害与控制教育部重点实验室 

母体文献 复合材料学报 

年卷期 2020年09期

年份 2020 

分类号 TB33 

关键词 复合材料本构模型  渐进失效分析  剪切非线性  三维Puck准则  分区抛物线法  刚度退化 

文摘内容 基于连续损伤力学,建立了同时考虑复合材料剪切非线性效应和损伤累积导致材料属性退化的三维损伤本构模型。模型能够区分纤维损伤、基体损伤和分层损伤不同的失效模式,并定义了相应损伤模式的损伤变量。复合材料层合板层内纤维初始损伤采用最大应力准则判定,基体初始损伤采用三维Puck准则中的基体失效准则判定,分层初始损伤采用三维Hou准则中的分层破坏准则判定,为了计算Puck失效理论中的基体失效断裂面角度,本文提出了分区抛物线法,通过Matlab软件编写计算程序并进行分析。结果表明,与Puck遍历法和分区黄金分割法对比,本文提出的分区抛物线法有效地降低了求解断裂面角度的计算次数,提高了计算效率和计算精度。推导了本构模型的应变驱动显式积分算法以更新应力和解答相关的状态变量,开发了包含数值积分算法的用户自定义子程序VUMAT,并嵌于有限元程序Abaqus v6.14中。通过对力学行为展现显著非线性效应的AS4碳纤维/3501-6环氧树脂复合材料层合板进行渐进失效分析,验证了本文提出的材料本构模型的有效性。结果显示,已提出的模型能够较准确地预测此类复合材料层合板的力学行为及其失效强度,为复合材料构件及其结构设计提供一种有效的分析方法。