低溫環(huán)境下復合材料層合板的應力分析.pdf

1、先進復合材料以其高模量、耐腐蝕、可設(shè)計性好以及成本低等優(yōu)點，已廣泛地應用于軍用和民用工程結(jié)構(gòu)中。但是復合材料具有非均勻性、各向異性、呈層性以及對環(huán)境的敏感性等特征，其變形和破壞機理及其復雜，因此先進復合材料/結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究已成為當代學術(shù)界和工程界研究的熱點。本文工作是以低溫推進劑的復合材料貯箱為研究對象，首先基于細觀力學模型，分別建立了用于復合材料貯箱的兩種復合材料E-Glass/Epoxy和Graphite/Epoxy低溫下熱、力學本

2、構(gòu)關(guān)系，其次以無孔/有孔典型鋪層層合板結(jié)構(gòu)為例，采用有限元法分析了在低溫環(huán)境下面內(nèi)/出平面應力分布特征，論文工作將對低溫推進劑的復合材料貯箱研制和安全度評估具有一定的參考價值。該研究是工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室自主研究課題“具有格柵加筋鋁蜂窩夾芯復合材料結(jié)構(gòu)界面破壞和增韌機理”（S13205，2013年-2014年）的研究內(nèi)容之一，本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.纖維增強樹脂基復合材料在低溫環(huán)境下的熱、力學本構(gòu)關(guān)系
　

3、　基于低溫條件下樹脂材料性能的實驗結(jié)果，采用數(shù)值擬合方法得到樹脂材料低溫性能表達式，其次，根據(jù)細觀力學模型和Halpin-Tsai方程，分別得到兩種復合材料E-Glass/Epoxy和Graphite/Epoxy單層板在低溫環(huán)境下的熱-力本構(gòu)關(guān)系表達式。
　　2.低溫下復合材料層合板自由邊界附近的層間應力分析
　　首先通過典型數(shù)例分析，驗證了層合板的層間應力有限元分析模型的可靠性，然后基于在低溫條件下[0°/45°/-45°

4、/90°]s鋪層的層合板自由邊界應力狀態(tài)的有限元分析結(jié)果，分別討論了溫度、纖維體分比和Halpin-Tsai模型參數(shù)對自由邊界處層間應力分布的影響，通過算例發(fā)現(xiàn)，溫度越低，層合板自由邊界處的層間應力值越大。
　　3.低溫下含開孔的層合板孔邊層間應力分析
　　首先以含有開孔的典型鋪層層合板為例，驗證了其層間應力有限元分析模型的可靠性，在此基礎(chǔ)上，對在低溫條件下具有開孔的[0°/90°]s鋪層層合板進行有限元分析，通過數(shù)值結(jié)果分