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分析层压板基于有限元和法复合材料冲击响应参数

收藏本文 2024-01-31 点赞:5562 浏览:14357 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:为探讨动力学参数对复合材料层压板冲击响应的影响,首先改善了传统的刚度折减案例,利用数值策略浅析了不同刚度折减案例对冲击响应的影响,开发了ABAQUS平台下复合材料层压板三维参数化建模程序。然后基于弹塑定律,引入分层损伤,建立了考虑分层损伤与永久凹坑深度的大、小质量冲头冲击响应的剖析模型,并进行了验证。结合剖析策略与有限元策略,探讨了冲头质量、速度、半径、层压板跨度、厚度、材料参数等对接触力历程与永久凹坑深度的影响。结果表明剖析模型结果与有限元结论一致,可较准确地描述层压板的冲击响应特性。对于大质量冲头冲击响应,接触力最大值随冲头质量、速度、层压板厚度、材料参数的增大而增大,随着层压板半径的增大而减小,而冲头半径对其基本无影响。永久凹坑深度分别与冲击能量和冲头半径平方根的倒数基本成正比;随着层压板厚度的增大而增大,随层压板跨度、材料刚度的增大而减小。对于弹簧-质量模型,当接触刚度与弯曲刚度比值大于200时,宜采取单自由度模型,小于20时,宜采取双自由度,比值介于20-200时,两种模型都可描述冲击响应特性。对于小质量冲头冲击,接触力最大值随着冲头质量、速度、直径、层压板厚度、材料参数的增大而增大,永久凹坑深度随着冲击头质量、速度、层压板厚度的增大而增大,随着冲击头半径、材料刚度的增大而减小,而层压板跨度对接触力与永久凹坑深度无影响。当层压板厚度增大或者冲头质量变小时,冲击响应类型由无限大板模型向半空间模型转变。小质量冲头冲击下有着二次冲击现象,其与层压板的刚度及冲击能量有关。最后探讨了铺层方式对冲击响应的影响,提出了冲击下与纤维方向种数相关的损伤变量。提出了基于实体-壳耦合有限元模型的遗传优化策略,模型以实体单元模拟冲击点区域,以壳单元模拟周围区域,采取耦合约束连接实体与壳,引用渐进损伤材料本构模型,优化历程利用遗传算法。结果表明:基于实体-壳耦合模型的遗传优化策略效率高,收敛优,采取优化后的铺层可提升层压板的抗冲击性能。关键词:复合材料层压板论文冲击论文接触力论文凹坑深度论文参数浅析论文剖析模型论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-9

    第一章 绪论9-14

    1.1 探讨背景与探讨作用9-10

    1.2 国内外探讨近况10-12

    1.2.1 试验探讨10-11

    1.2.2 剖析模型探讨11

    1.2.3 数值模拟探讨11-12

    1.3 本论文主要内容12-14

    第二章 复合材料层压板冲击响应计算策略14-43

    2.1 正交各向异性材料单层的本构联系14-15

    2.2 弹性力学转轴公式及单层板的应力-应变联系15-17

    2.3 经典层压板论述17-18

    2.4 复合材料层压板冲击动力学方程18-19

    2.5 复合材料层压板冲击不足数值模拟19-30

    2.5.1 ABAQUS/EXPLICIT 瞬态动力学浅析介绍19-20

    2.5.2 VUMAT 子程序介绍及开发20-22

    2.5.3 复合材料失效准则22-23

    2.5.4 材料刚度退化案例改善23-27

    2.5.5 不同材料刚度退化案例浅析27-30

    2.6 基于 ABAQUS/PYTHON 的三维复合材料层压板参数化建模30-35

    2.6.1 ABAQUS/PYTHON 脚本二次开发介绍30-31

    2.6.2 三维层压板参数化建模程序开发31-35

    2.7 复合材料层压板冲击响应剖析模型探讨35-42

    2.7.1 层压板冲击响应分类35-36

    2.7.2 引入分层损伤与永久凹坑深度的大质量冲头冲击响应剖析模型36-38

    2.7.3 引入分层损伤与永久凹坑深度的小质量冲击响应剖析模型38-40

    2.7.4 弹塑定律40-41

    2.7.5 分层损伤判定与改善的刚度折减策略41-42

    2.8 本章小结42-43

    第三章 大质量冲头冲击下接触力与凹坑深度的参数浅析43-57

    3.1 大质量冲击剖析策略与数值模拟比较验证43-45

    3.2 冲头质量与速度的影响45-47

    3.3 冲头半径的影响47-49

    3.4 层压板厚度与跨度的影响49-51

    3.5 材料参数的影响51-53

    3.6 大质量冲击剖析模型自由度数选择53-56

    3.7 本章小结56-57

    第四章 小质量冲头冲击下接触力与凹坑深度的参数浅析57-70

    4.1 小质量冲击剖析策略与数值模拟比较验证57-59

    4.2 冲头质量与速度的影响59-60

    4.3 冲头半径的影响60-62

    4.4 层压板厚度与跨度的影响62-64

    4.5 材料参数的影响64-65

    4.6 小质量冲击剖析模型适用范围浅析65-69

    4.7 本章小结69-70

    第五章 基于实体-壳耦合模型的冲击阻抗铺层方式优化70-79

    5.1 铺层方式对冲击响应的影响70-71

    5.2 纤维方向种数相关的损伤变量71

    5.3 实体-壳耦合冲击模型验证71-74

    5.4 基于实体-壳耦合模型的冲击阻抗优化74-78

    5.4.1 冲击阻抗评价标准74-75

    5.4.2 铺层方式的遗传算法优化75

    5.4.3 冲击载荷下铺层优化验证与运用75-78

    5.5 本章小结78-79

    第六章 总结79-82

    6.1 主要工作与结论79-80

    6.2 革新点80-81

    6.3 探讨展望81-82

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