● 摘要
复合材料开孔层合板性能是确定复合材料结构设计值的关键因素，也是评价复合材料综合性能的指标之一，其中拉伸和压缩性能代表复合材料层合板的缺口敏感性，挤压性能则代表机械连接性能。对复合材料开孔层合板拉伸、压缩和挤压性能进行研究，具有十分重要的工程实际意义。在分析研究复合材料层合板损伤机制的基础上，将复合材料层合板损伤分为层内损伤和层间损伤，并分别对它们采用合理的破坏准则和损伤演化准则，建立了复合材料开孔层合板性能渐进损伤分析模型。研究了复合材料开孔层合板在拉伸、压缩和挤压载荷下的损伤起始、损伤扩展和最终强度；确定了复合材料开孔拉伸、压缩和挤压层合板对应失效类型和破坏模式、失效类型和强度之间的关系。确定了国产复合材料的应变不变量临界值；对国产复合材料的开孔拉伸、压缩和开孔挤压性能进行了试验研究和数值分析，得到了国产复合材料层合板开孔拉伸、压缩和挤压性能对应的失效类型和损伤起始、损伤扩展；讨论了组分性能对国产复合材料层合板开孔性能的影响，指出了提升国产复合材料层合板开孔性能的方向。具体而言，本文的研究工作可归纳如下：1、基于复合材料层合板的损伤模式及损伤机制，建立了复合材料层合板渐进损伤分析模型，该模型兼顾了计算精度和效率，能够用于层合板开孔拉伸、开孔压缩和孔挤压强度和失效类型预测，层内和层间损伤起始、损伤扩展分析；2、研究了拉伸、压缩和挤压载荷下各种失效类型的开孔层合板所包含的损伤起始和损伤扩展；确定了不同失效类型开孔层合板的损伤模式发展顺序和控制其强度的关键损伤模式；确定了开孔层合板强度和失效类型之间的关系以及强度和组分性能之间的关系，为开孔层合板强度提高指出了方向；3、 确定了三种国产复合材料的应变不变量临界值；为国产复合材料体系应用应变不变量失效理论奠定了基础；4、对国产复合材料层合板的开孔拉伸、开孔压缩和孔挤压性能进行了试验研究，确定了其失效类型和强度；基于渐进损伤分析模型分析国产复合材料开孔层合板损伤过程，指出了提高国产复合材料层合板开孔性能的可能途径。