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[断裂与失效] 【心得】复合材料层合板断裂问题的载荷施加分析

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发表于 2010-11-18 09:19:23 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 大连理工大学
本帖最后由 200531035 于 2010-11-18 12:18 编辑

最近算了一下复合材料层合板层间增韧的问题,通过查找相关文献可知,通过在层间增加韧性夹层,可以改善整个层压板的韧性和抗冲击性能,通过断裂力学有限元分析可知,含有增韧层的复合材料层合板结构,其J积分值要小于原层合板结构的J积分值。但是在施加载荷时遇到了一些问题,下面具体分析一下问题,并给出我的解决方案。

上文只是在计算中总结的个人观点。如果上文有任何的错误之处或还有其他需要施加位移载荷的情况,请您及时联系我,simwe站内信或直接回复均可。

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发表于 2010-11-18 09:38:59 | 显示全部楼层 来自 吉林长春
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 楼主| 发表于 2010-11-18 09:44:18 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
INP已上传。这两个是施加位移载荷的INP文件,分别是含增韧层和不含增韧层的。
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发表于 2010-11-18 09:51:03 | 显示全部楼层 来自 美国
本帖最后由 lr00011 于 2010-11-18 09:55 编辑

看了pdf,有几个疑问。
第一:断裂力学有限元分析是基于什么样的假设得到增韧层的J积分值要小于原层合板结构的J积分值?,文献中是什么样的载荷呢?
第二:力载荷的时候是什么原因造成了增韧层的J积分值要大于原层合板结构的J积分值?
第三:力载荷与位移载荷是等同的载荷,那么J积分为什么区别那么大呢?
第四:在力载荷作用中,是不是整个过程,增韧层的J积分值都要大于原层合板结构的J积分值?会不会因为后面载荷过大产生的突变。
之所以有这些疑问,是因为如果是真正的增强是不是因载荷方式而改变的。

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 楼主| 发表于 2010-11-18 10:09:50 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
1.根据文献中解释:增韧层的存在加大了铺层之间的距离,减小了对裂纹尖端的约束作用;模量较低、韧性较好的夹层起到降低裂纹尖端应力、屏蔽裂纹尖端的作用;增韧层起到控制裂纹传播路径,耗散断裂能量的作用。
2.关于力载荷为何造成含增韧层结构的J积分值大于原结构的J积分时,刚开始我也很迷惑,但是我后来的理解是:力载荷对裂纹尖端的约束要大于位移约束,具体理论上的解释还需要查一下fracture mechanics相关的内容。
3.这里给定的位移载荷值并不是力载荷的对应值,只是为了说明J积分的变化趋势,所以差异很大。
4.没考虑过这个。

在Fracture Mechanics教材中,经常讨论的就是prescribed load和prescribed displacement,对应的势能变化也不同,可能导致了最后应变能释放率和J积分的不同(在线弹性情况下,G=J)。

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发表于 2010-11-18 10:47:41 | 显示全部楼层 来自 美国
文献中有算例吗?你的算例是跟文献里面一样的吗?基于我个人的理解如果是增强的话,是不会因载荷方式而改变的,除非数值计算发生了奇异之类的,你的载荷相差太大了,位置可能也不一样,我觉这么下结论是不合适的。力载荷的J积分高达1e8级别,从数值计算来说精度什么都有些不够了,当然你可以参试小的载荷。至于“力载荷对裂纹尖端的约束要大于位移约束”我觉位移约束是最强的啊,当然作用位置不一样的话另当别论,当然哪样也没有可比性。如果力直接作用在裂纹尖端上的话,请把力的位置远离裂纹尖端。可能集中载荷跟位移约束比较相似。
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 楼主| 发表于 2010-11-18 10:57:33 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
文献中有算例,就是一个I型层间双悬臂梁模型(DCB),但是没有给出具体的加载方式。算得的结果就是含增韧层结构的J积分值较原结构降低。
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发表于 2010-11-18 11:17:39 | 显示全部楼层 来自 美国
还有有限元是用来验证理论,如果得到不同的载荷方式产生不同的结果,那么我们不免会一个更大的疑问,增加韧性夹层到底会不会降低所谓裂纹尖端应力呢?你根本没法验证,因为你有限元计算本身就得出一个相反的结论。

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发表于 2010-11-18 12:09:59 | 显示全部楼层 来自 新加坡
9# lr00011

恩,lz可否上传文献,大家一起讨论下?
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 楼主| 发表于 2010-11-18 12:19:22 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
文献已上传,感觉文献写得还是过于简略了。
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发表于 2010-11-18 12:39:58 | 显示全部楼层 来自 新加坡
本帖最后由 zsq-w 于 2010-11-18 12:44 编辑
文献已上传,感觉文献写得还是过于简略了。
200531035 发表于 2010-11-18 12:19

这个paper只有单纯的FEA模拟,既没有理论分析来论证,也没有试验数据做支撑;文中也并未对所得结论与其他人的实验or理论分析结果进行过对比分析,真不知道靠不靠得住哦。 打听下,这个导师做学问如何? 这个领域,我现在还只看过黄争鸣和大工的一些paper。
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 楼主| 发表于 2010-11-18 12:53:50 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
这篇论文的参考文献中应该有相关的材料增韧分析非实验数据。
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发表于 2010-11-18 13:13:15 | 显示全部楼层 来自 新加坡
这篇论文的参考文献中应该有相关的材料增韧分析非实验数据。
200531035 发表于 2010-11-18 12:53

他在第二页与文献:
8  Sela N , Ishai O , Banks2Sills L. The effect of adhesive thickness on
interlaminar fracture toughness of interleaved specimens. Composites ,
1989 , 20 (3) :257 ~ 264.

做过简短对比(这个趋势现在基本是公认的了),其他结果几乎都没有支撑。
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