褶皱缺陷影响L型层合板失效行为：实验和数值研究

于晓东¹，胡海晓^1,2，贾欲明³，王敏⁴，曹东风^2,5

1. 武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室2. 武汉理工大学先进材料制造装备与技术研究院3. 第一飞机设计研究院结构部4. 航空工业济南特种结构研究所结构强度研究室5. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室

摘 要：通过实验和数值分析相结合的方法开展了褶皱缺陷对L型复合材料层合板承载能力和失效过程影响的研究。实验方面,通过"横条法"人为引入褶皱缺陷,制备了含两种缺陷大小的L型层合板,研究了其在弯曲载荷作用下的承载能力和损伤扩展形式,并与无缺陷L型层合板进行对比分析。数值分析方面,基于3D Hashin失效准则的渐进损伤失效模型,研究其失效过程中应力分布特征和失效模式,探求褶皱缺陷对L型层合板失效行为的影响机制。实验结果表明,褶皱缺陷会显著降低曲梁的承载能力,并使分层损伤演化的空间扩展特征从无褶皱试样的逐层扩展转变为褶皱区域的聚集式扩展。数值预测与实验现象吻合,并共同表明褶皱处横向应力和面法线应力的集中是导致结构提前失效的主导因素,且褶皱区域的应力集中改变了损伤过程中应力逐层重分配的趋势,导致含褶皱试样呈现出聚集式扩展的破坏特征。该工作可扩展应用于含褶皱缺陷L型层合板的安全性能评估及损伤容限设计。

关键词：层合板;褶皱缺陷;数值分析;分层;渐进损伤;