缝合复合材料加筋壁板低速冲击损伤分析-工程力学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Aerospace Engineering Research on Low Velocity Impact Damage of Stitched Stiffened Panel A Thesis in Engineering Mechanics by WANG Yulong Advised by Prof. XU Xiwu Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Janurary, 2014 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 复合材料具有比强度高、比刚度高、可设计性等一系列优点，已在航空航天领域得到了广 泛的应用。传统层合复合材料由于自身弱点，在受到低速冲击后容易产生分层损伤，限制了其 优势的发挥。缝合加筋壁板是在复合材料加筋板基础上，引入厚度方向缝线，既提高了结构的 抗冲击性能又保留了传统复合材料良好的面内性能，具有广泛的应用前景，对缝合加筋壁板低 速冲击损伤进行研究，具有重要的理论意义和应用价值。 本文基于三维动力学有限元法，采用三维实体单元模拟单层板和筋条，采用界面单元模拟 层间界面，以空间杆单元模拟缝线，建立了缝合加筋壁板在低速冲击载荷作用下的渐进损伤分 析模型。面内采用基于应变描述的 Hashin 失效准则进行损伤判断，采用部分刚度折减方法对面 内的材料进行退化；层间采用二次应力准则进行初始损伤判断，采用双线性折减方法对界面的 性能进行折减。通过对数值仿真结果和试验值进行比较，验证了该方法的合理性。并对比了缝 合与未缝合加筋壁板低速冲击响应和损伤演化过程，同时讨论了冲击能量、冲击位置、缝合参 数以及筋条形式等因素对缝合加筋壁板低速冲击性能的影响，得到了一些具有意义的结论。 本文的研究得到了国家自然科学基金（项目编号的资助。 关键词：缝合加筋壁板，低速冲击，界面元，损伤演化，动态响应。 本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成 I 缝合复合材料加筋壁板低速冲击损伤分析 ABSTRACT Composite laminates have been widely used in aeronautics and astronautics industry because of their advantages of high specific strength, high specific stiffness and designable. For the traditional laminates, inter delaminations can be easily produced by low-velocity impact, which limits the advantage of composite laminates. By introducing stitched lines in the thickness direction to stiffened panels, stitched stiffened panels not only improve the inter-laminar impact resistance but also retain the advantages of traditional composite laminates, which offers them broad application prospects. The research on low-velocity impact damage of stitched stiffened panels has considerable theoretical significance and application value. A 3D dynamic finite element model was proposed to predict the pr