基于ABAQUS的复合材料层合板失效分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

复合材料是由两种或多种不同类型、不同性能、不同形态、不同成分和不同相型的组分材料，通过适当的复合方法，将其组合成一种具有整体结构特性的，使用性能优异的材料体系。复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、可设计性显著，抗疲劳性优越，材料与结构具有同一性，阻尼减震性能好等特性，在航空航天、军工产业、汽车工业、能源工程、风力发电及船舶工业等领域广泛应用。近年来，先进复合材料和复合材料结构轻量化已经发展为减轻航空飞机、风机叶片及船体重量的关键技术。比如说，在民用客机的领域，随着能源的日益枯竭和严格的污染排放标准，减重对飞机越来越重要，复合材料的应用可以使飞机结构减重10%-40%，结构设计成本降低15%-30%，由此可知复合材料的特点越来越突出。由于复合材料层间剪切强度相对较弱，层合板材料结构的损伤阻抗较差，所以会常常形成一些不易察觉的层内或层间的内部损伤，如基体开裂（matrixcracking），纤维断裂（fibrefracture）以及层间分层（interlaminardelamination）等损伤模式。这些目不可视的内部损伤会造成复合材料结构力学性能的严重退化，进而严重降低其结构的强度和使用寿命，给应用复合材料结构的产品带来了潜在的安全隐患，纤维增强树脂基复合材料的应用遭受到了挑战。因此，研究复合材料层合板失效对复合材料结构设计和应用的安全可靠性具有重大意义，尤其是对于提高复合材料结构的抗外力损伤性能以及复合材料结构设计方面有着深远的影响。

层合板的强度理论是在均匀各向同性和均匀各向异性材料强度理论的基础上，结合复合材料的特点，随着复合材料的推广应用，通过大量试验研究和理论研究，在近40--50年内逐步发展起来的。这个分支现在已经取得了很大的进展，但是还不很完善。虽然在一定范围、精度和程度上，初步满足了设计和应用部门的需要，但总的来说，复合材料层合板强度理论还存在着不少的矛盾和问题。在国内外的研究当中预测层合板失效的方法有两种。一种方法认为层合板的任何一个单层发生失效，则整个层合板发生失效，被称为首层失效方法(firstplyfailure)。另一种方法认为，复合材料层合板某一层失效并不代表整个层板失效。部分层发生失效后，层合板仍能继续承受载荷，直到各个铺层全部失效，才认为整个层合板失效。这个方法被称为最终层失效方法(lastplyfailure)，对应的载荷称为极限载荷。最终层失效方法虽然优于首层失效方法，但是由于没有考虑局部材料的性能降低的影响，与工程实际的情况相比也会低估层合板的强度。因为材料局部发生失效后，相应的材料性能会退化，导致层合板中的应力重新分布。

reddy和pandey是比较早的采用首层失效分析方法分析复合材料层合板失效的的学者。分别采用最大应力、最大应变、蔡-希尔、蔡-吴和霍夫曼准则5种不同的失效准则对受面内载荷作用的复合材料层合板进行首层失效分析，此分析是基于一阶变形理论的，结果表明各种失效准则都能很好的预测复合材料层合板首层失效，但是不同的失效准则预测的失效位置和失效载荷值不相同。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：1)复合材料层合板的失效计算，在计算分析的初始阶段，首先根据模型的参数选定一个初始较小的载荷，其次在给定的初始载荷的作用下计算层合板的应力、应变分布，然后再根据层合板的应力、应变分布来判定属于哪种失效准则，并判断是否有部分区域发生失效。如果没有发生失效，那么增加一个给定的载荷增量，继续进行求解；如果发生失效，则根据材料性能退化模式进行失效区域的材料性能退化，然后在相同的载荷下重新达到新的平衡。以上的计算迭代过程不断的重复继续，最终结构完全失效。

2)abaqus中的复合材料层合板失效分析方法：创建模型，创建材料，定义装配，设置分析过程，在模型上施加边界条件和载荷，模型的网格划分，创建分析作业，检查模型，运行分析，用abaqus/cae进行后处理。

目标：建立基于abaqus的复合材料层合板失效分析的基本方法。

3. 研究计划与安排

第1～3周：查阅文献,了解论文研究的内容，目标，方案等，完成外文翻译并完开题报告。

第4～8周：查阅相关文献对复合材料进行理论分析。

第9～13周：认真学习abaqus软件并基于abaqus对复合材料层合板进行失效分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]施建伟.基于abaqus复合材料层合板渐进损伤有限元分析[d].中北大学.2015.

[2]丁京龙,张建宇,费斌军.基于abaqus的复合材料结构渐进损伤方法研究[a].北京力学会.北京力学会第20届学术协会论文集[c].北京力学会:,2014:2.

[3]liupf,zhengjy.progressivefailureanalysisofcarbon