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含孔隙和分层缺陷大型复合材料构件强度多尺度分析

常鑫

大连理工大学

摘要：先进复合材料具有高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、性能可设计等优势,自19世纪60年代起逐步成为了航空航天装备中重要的结构材料。随着高端航空航天装备中复合材料用量的提升,复合材料结构的尺寸越来越大,其典型制造缺陷如孔隙、分层等更为多发,且缺陷尺寸与结构尺寸间存在明显差异,因此复合材料制造缺陷对大型复合材料构件及整体装备的承载能力影响十分关键。与此同时,复合材料越来越多的应用在复杂环境中,基体和纤维在热载荷作用下会因为热不匹配而产生细观应力,从而导致结构的失效,因此热-力耦合载荷下复合材料结构的失效分析问题也受到越来越多的关注。传统按均质材料简化的宏观复合材料分析方法难以应对结构多尺度特征带来的挑战,需要借助多尺度分析方法开展结构分析。复合材料的多尺度分析方法核心在于不同尺度模型的建立,以及不同尺度间的尺度联接关系。具体来说,对于含典型缺陷的大型复合材料构件,一般包含基体-纤维尺度、孔隙尺度、宏观复合材料结构尺度三个尺度。发展含缺陷复合材料多尺度分析模型的关键问题就在于如何建立上述三个尺度上材料力学模型,并通过高效、高精度尺度联接关系实现整体复合材料结构的多尺度分析。本论文在不同尺... 更多

关键词：

复合材料大型构件; 孔隙缺陷; 多尺度分析; 基体-纤维单胞模型; 失效分析;