● 摘要
复合材料层合板由于其良好的力学性能和可设计性等优点目前已广泛地应用于航空航天等领域，复合材料开口结构的安全问题日益突出。对复合材料开口结构的拉伸破坏机理进行研究，进而设计出更为减重高效、安全可靠的结构，具有十分重要的意义。本文采用数值分析和试验验证相结合的方法对复合材料开口板以及开口补强结构在拉伸载荷下的破坏机理和剩余强度进行了研究。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，建立了能够用于复合材料层合板开口拉伸失效类型、损伤起始、损伤扩展和最终强度预测的渐进损伤分析模型。该模型采用胶层单元模拟层间损伤，复合材料开口层合板采用了Hashin强度准则及基于能量释放率的线性损伤演化法则。本文对复合材料开口板进行了拉伸破坏试验，研究了复合材料层合板中心三组不同开口尺寸、四组不同圆角半径下，复合材料开口板的破坏形式和破坏强度。研究了开口尺寸和圆角半径对拉伸强度的影响。最后，本文对插层铺设的非对称补强开口层板的拉伸强度进行了试验和数值研究。计算得到的拉伸强度、破坏模式和应变分布均与试验结果吻合良好，证明了本文建立的模型及分析方法的有效性。研究表明复合材料层板开口结构采用非对称插层方式补强，适当增大补强厚度能提高试件的拉伸强度比。针对不同的补强参数，存在一个补强效率最高的补强半径。