含缺陷复合材料加筋壁板承载能力的数值预测

周正根¹，曹东风²，胡海晓¹，钟愉承¹，李书欣^1,2,3，王继辉³

1. 武汉理工大学理学院2. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室3. 武汉理工大学材料科学与工程学院

摘 要：碳纤维复合材料加筋壁板是飞机结构的典型部件,成型过程中的制造缺陷对其极限承载能力和失效行为具有显著影响,是结构完整性评估的重要内容。通过数值手段开展了3点弯曲载荷作用下含缺陷复合材料加筋壁板的数值分析,重点考虑了缺陷尺寸和位置对结构承载能力的影响。首先基于Abaqus/Standard建立了加筋壁板的三维有限元模型,引入双线性内聚力模型用于描述复合材料加筋壁板的层间失效行为,然后结合文献相关实验数据验证了该模型的有效性,最后基于该有限元模型研究了缺陷尺寸和位置对结构承载能力的影响。结果表明:建立的有限元模型计算结果与文献实验结果吻合;结构的承载能力随着缺陷尺寸的增大而降低,且对蒙皮/桁条界面中部缺陷较为敏感;缺陷的存在导致结构的破坏模式发生转变,但起始裂纹始终发生在界面附近的基体区域。

关键词：复合材料;加筋壁板;缺陷;内聚力模型;承载能力;