复合材料力学层合板若干问题解决
复合材料力学课后答案

复合材料力学课后答案复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料,它们的组合可以发挥出各自材料的优点,同时弥补各自材料的缺点。
复合材料力学作为复合材料的一门重要学科,研究复合材料的力学性能和行为,对于工程设计和材料应用具有重要意义。
下面是一些关于复合材料力学的课后答案,希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一学科。
1. 什么是复合材料的弹性模量?复合材料的弹性模量是指在弹性阶段内,应力与应变之间的比值。
对于各向同性的复合材料,其弹性模量可以通过Hooke定律来计算,即弹性模量E等于应力σ与应变ε的比值。
对于各向异性的复合材料,其弹性模量需要考虑不同方向上的应力和应变,可以通过各向异性弹性模量矩阵来计算。
2. 复合材料的弯曲强度受哪些因素影响?复合材料的弯曲强度受到很多因素的影响,主要包括纤维的类型和体积分数、基体的类型和性能、纤维和基体之间的界面结合情况、复合材料的制备工艺等。
其中,纤维的类型和体积分数对复合材料的弯曲强度影响较大,纤维的强度和刚度越高,体积分数越大,复合材料的弯曲强度也会相应增加。
3. 复合材料的疲劳行为有什么特点?复合材料的疲劳行为与金属材料有所不同,主要表现在以下几个方面,首先,复合材料的疲劳寿命较短,一般情况下比金属材料要短;其次,复合材料的疲劳裂纹扩展速度较快,裂纹扩展路径也较为复杂;最后,复合材料的疲劳性能受到温度、湿度等环境因素的影响较大,需要进行综合考虑。
4. 复合材料的层合板在受力时会出现哪些失效模式?复合材料的层合板在受力时可能会出现多种失效模式,主要包括纤维拉断、剪切破坏、压缩破坏、剪切压缩破坏等。
这些失效模式的出现与复合材料的层合板结构、受力方向、载荷类型等有关,需要根据具体情况进行分析和判断。
5. 复合材料的界面结合对其性能有何影响?复合材料的界面结合对其性能有着重要影响,良好的界面结合可以提高复合材料的强度、刚度和耐久性,同时也能有效防止裂纹扩展和层间剥离等失效现象的发生。
复合材料层合板损伤模型的建构方法及其应用

复合材料层合板损伤模型的建构方法及其应用复合材料是一种具有良好性能和广泛应用的材料。
然而,在复合材料的使用过程中,由于不同载荷条件和作业环境的影响,往往会出现各种各样的损伤。
为了研究复合材料损伤的特征和演变规律,构建一个准确可靠的损伤模型显得尤为重要。
在复合材料的层合板结构中,由于材料层的叠加和粘结,导致了一个复杂的结构体系。
损伤的发生和演化是由于层与层之间的应力分布不均匀,导致局部应力过大而引起的。
因此,构建一个层合板的损伤模型,需要考虑到材料层的叠加效应和相互作用。
首先,建构层合板的损伤模型需要选取适当的力学模型。
一般来说,可以采用线性弹性模型或非线性模型进行分析。
线性弹性模型是一种较为简单的模型,但在材料的强度有限和变形较大时,其适用性较差。
非线性模型则可以更准确地描述材料在不同应变和应力水平下的力学性能,但计算复杂度较高。
根据具体研究目的和可行性,选择合适的模型进行建模。
其次,需要确定层合板内部的应力分布情况。
根据层合板的几何形状和受力情况,可以通过结构力学原理和有限元分析等方法计算得到不同位置的应力值。
考虑到复合材料的各向异性特性,需要对应力进行向量描述,同时考虑拉伸、剪切和压缩等各个方向的作用。
然后,在选定力学模型和确定应力分布后,需要考虑层合板中各层之间的力学联系。
层合板的损伤扩展是由于材料层间的界面错位、粘结破坏或层板剥落等原因引起的。
因此,需要在模型中加入合适的界面层,考虑不同层之间的相互作用和分离。
最后,将建构的层合板损伤模型应用于实际问题中。
通过对该模型的分析和计算,可以获得层合板在不同载荷下的应力分布、位移变化和损伤演化情况。
根据模型结果,可以预测层合板的强度、疲劳寿命和失效机制等,为实际应用提供参考依据。
综上所述,构建复合材料层合板的损伤模型是一项复杂而重要的工作。
通过选择合适的力学模型、确定应力分布、考虑层间界面和进行实际应用,可以使模型更准确,并为复合材料的设计和工程应用提供理论支持综合考虑应力水平下的力学性能、应力分布情况、层间力学联系以及实际应用,构建复合材料层合板的损伤模型是一项复杂而重要的工作。
复合材料层合板的可靠性分析方法

第26卷 第5期2005年9月 宇 航 学 报Journal of AstronauticsV ol.26 N o.5 September 2005复合材料层合板的可靠性分析方法安伟光,赵维涛,杨多和(哈尔滨工程大学航天工程系,哈尔滨150001) 摘 要:基于复合材料层合板的一阶横向剪切变形理论,提出了同时考虑层合板面内和分层破坏的可靠性分析方法。
该方法考虑了层间应力对层合板分层的影响,结合Tsai 2Hill 理论和层合板分层判据,给出了安全余量的表达形式,并考虑了各失效模式之间的相关性。
在失效分析过程中,采用蔡氏所提出的刚度退化规律进行刚阵的减缩;利用随机有限元方法对安全余量进行敏度分析,结合改进的一次二阶矩法求解可靠性指标;用改进的分枝限界法寻找主要失效路径;用PNET 法计算系统失效概率。
计算表明,当考虑分层失效时结构系统失效概率有所增加,这是符合工程实际情况的。
因此,设计过程中考虑分层失效是必要的。
关键词:可靠性;复合材料层合板;随机有限元;面内破坏;分层破坏中图分类号:V414 文献标识码:A 文章编号:100021328(2005)0520672204收稿日期:2004210213; 修回日期:2005201228基金项目:国防科工委军工技术基础基金资助(Z 192002A001);国防科工委专著基金(委办人【2002】86号)0 引言由于复合材料具有高的比强度和比刚度,较好的疲劳性能,热绝缘性和各向异性等有点。
因此,在航空、航天等领域中越来越多的用于承力构件和部件。
目前,针对层合板结构的力学模型已基本成熟[1-4]。
然而,关于层合板结构的可靠性分析,这方面的文献相对较少[5,6],并且在这些文献中大多均未考虑层间应力对分层的影响。
本文基于层合板的一阶横向剪切变形理论,考虑τxz 、τyz 和σz 对分层的影响,并结合单向板强度理论建立了关于层合结构面内和分层破坏的安全余量。
另外,本文除了将材料强度参数和外载看成随机变量外,还将材料性能参数(如弹性模量等)也看成随机变量。
复合材料层合板的力学行为与优化设计

复合材料层合板的力学行为与优化设计复合材料层合板是由两个或多个不同材料的层按照一定方式堆叠而成的结构材料。
它具有优异的力学性能和设计灵活性,在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域得到广泛应用。
本文将从力学行为和优化设计两个方面对复合材料层合板进行探讨。
首先,复合材料层合板的力学行为是理解和研究该材料的基础。
复合材料层合板的力学性能受到多种因素的影响,包括材料的性质、层间粘结强度、层间厚度比、层间角度等。
其中,材料的性质是决定层合板力学性能的关键因素。
复合材料层合板通常由纤维增强复合材料和基体材料组成。
纤维增强复合材料具有高强度、高刚度和低密度的特点,而基体材料则具有良好的韧性和耐磨性。
通过选择不同的纤维和基体材料,可以实现对层合板力学性能的调控。
其次,复合材料层合板的优化设计是提高材料性能和降低成本的重要手段。
优化设计的目标是找到最佳的材料组合、层间厚度比和层间角度,以满足特定的工程要求。
优化设计可以通过数值模拟和实验测试相结合的方式进行。
数值模拟可以通过有限元分析等方法,预测不同设计参数对层合板力学性能的影响。
实验测试可以通过拉伸、弯曲、剪切等试验,验证数值模拟结果的准确性。
在优化设计过程中,需要考虑的因素包括强度、刚度、韧性、疲劳寿命和成本等。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力,刚度是指材料对应力的响应程度,韧性是指材料在受到外力作用下的变形能力,疲劳寿命是指材料在循环加载下的使用寿命。
通过优化设计,可以在满足这些要求的前提下,尽量降低材料的成本。
在实际应用中,复合材料层合板的优化设计需要综合考虑多个因素。
例如,层间厚度比的选择既要考虑强度和刚度的要求,又要考虑材料的成本和制造工艺的可行性。
层间角度的选择既要考虑层间剪切强度的要求,又要考虑层间粘结强度和制造工艺的限制。
因此,在优化设计中需要综合考虑材料的性能、制造工艺和经济性等多个方面的因素。
总之,复合材料层合板的力学行为与优化设计是研究和应用该材料的重要内容。
螺栓连接复合材料层合板力学建模及失效分析

螺栓连接复合材料层合板力学建模及失效分析碳纤维复合材料因其强度高、可设计性强等一系列优点在各个领域得到广泛应用。
在实际的工程应用中,考虑到螺栓连接构件的可拆卸性和替换性,因此对于螺栓连接工况下复合材料力学性能的分析成为众多学者的研究对象。
针对螺栓连接工况的复合材料层合板,本课题对其螺栓孔周围的应力分布和层合板失效进行了研究。
1.应力分析过程中考虑到复合材料孔边应力集中现象,基于阿鲁科教授提出的用于计算螺栓连接层合板孔边应力的复合函数,在弹性范围内对复合材料层合板进行了孔边应力计算;其后在有限元ABAQUS环境中,基于蔡-吴准则用于判定复合材料的初始失效,获得单钉双剪工况层合板初始失效前的应力分布状态,将有限元应力计算结果与解析算法应力值进行比较,两种算法的计算结果具有一致性。
应力值用于分析孔边距对孔边应力分布的影响,通过对孔边的应力分析预测复合材料层合板初始失效位置。
2.复合材料的渐进失效分析过程在有限元环境中进行,结合Helius:PFA对复合材料基于MCT失效准则的判定,获得不同孔边距层合板从初始状态到最终失效的演化过程。
针对不同组分对载荷敏感度的不同,提出一种分区域失效敏感分析方法,在孔边载荷高敏感区域中对不同组分失效程度进行计算,结合应力集中因子分析不同区域中组分失效敏感度,并与层合板整体失效程度进行比较,获得层合板在失效过程中的扩散方向。
其后通过对有限元软件ABAQUS进行不同非线性特征集配置,实现对复合材料组分失效程度更加细致的划分,获得螺栓连接中组分失效程度与层合板健康度的函数关系,并通过曲线将结果可视化。
T300AG80复合材料层合板力学性能的测试与分析的开题报告

T300AG80复合材料层合板力学性能的测试与分析的开题报告一、选题背景及意义复合材料层合板作为一种新型的材料,在航空、航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。
其中,T300AG80是一种常用的复合材料层合板,具有优良的力学性能。
为了了解T300AG80复合材料层合板的力学性能,需要进行相关测试和分析。
这不仅可以帮助人们更好地使用和设计该材料,还可以为复合材料层合板在实际应用中的推广和发展提供理论基础和指导。
二、研究内容本次研究的主要内容为T300AG80复合材料层合板的力学性能测试和分析。
具体包括以下几个方面:1.力学性能测试。
通过拉伸试验、压缩试验、剪切试验等方面对T300AG80复合材料层合板的力学性能进行测试,了解其强度、刚度、韧性等方面的性能表现。
2.力学性能分析。
根据测试结果,对T300AG80复合材料层合板的力学性能进行分析,探究其材料结构和力学特性之间的关系,以及在实际应用中可能面临的问题和挑战。
3.识别和解决问题。
在测试和分析过程中,如果发现T300AG80复合材料层合板存在问题,需要及时识别和解决。
例如,在实际应用中可能遇到的温度、湿度等环境因素对材料性能的影响等。
三、研究方法和技术路线本次研究的方法和技术路线如下:1.材料准备。
首先需要准备T300AG80复合材料层合板的试片,按照中国国家标准GB/T 1447-2005《复合材料力学性能试验方法》的要求进行制备。
2.力学性能测试。
采用测试设备对T300AG80复合材料层合板的拉伸强度、压缩强度、剪切强度等力学性能进行测试。
测试中需严格按照标准测试操作要求进行。
3.力学性能分析。
通过对测试数据和理论分析的比对,探究T300AG80复合材料层合板的力学特性和材料结构之间的关系。
4.识别和解决问题。
如果在测试和分析过程中发现T300AG80复合材料层合板存在问题,需要采取相应的技术手段和措施解决。
四、预期研究结果通过本次研究,预计可以得出以下预期研究结果:1.分析T300AG80复合材料层合板的力学性能表现,包括其强度、刚度、韧性等方面。
复合材料层合板弯曲问题的有限条分析

V0. 2 N . / 12 o 2 3
Jn O 7 u .2 0
文 章 编 号 :04—17 ( 07 0 / 3- 13- 3 10 4 8 2 0 )2 0 0 2 0
复合材料层合板弯 曲问题 的有限条分析
王立平 , 王云飞 , 潘文彦
( 南理 工大 学 土 木工 程学 院 ,河南 焦作 440 ) 河 50 0 摘 要 : 用部 分 方向 离散 的有 限条 法 , 采 即将 层合 板 沿一 个 方 向 离散 , 离散 方 向采 用 结点 位 移及 其 在
a o td,a d i o t u u i cin Eu e — e o l r o e m e r s a o td t n l z a i ae d pe n n c n i o s d r t l rB r u i o f b a t o y i d p e o a ay e l n t n e o n l h m p a e n e tal ip re n t lme t e u ti f u d wi d p n f e r s l l t ,a d t l d s e d f i e e n s l s o n t a o t g o u t h o y s i e r h i h t e .On c n i o a o dt n t t i h h a rc s e c e h s t d wi r a y c l u ae a u t a i gy t n f i ee n t e s me p e iin i r a h d,t i me o l ge t ac lt o n p rn l a n t l me t d o s h l l m s h i e n a i r v e c mp t t n ls e d g e t . mp o e t o u a i a p e a y h o r l Ke r s l i ae p a e i i t p;d s re y wo d :a n t l t ;f t s i m ne r is fl mi a e o p st lt s h n t srp a ay i o i e s a n td c m o i p ae e
如何解决理论力学中的复合材料力学问题?

如何解决理论力学中的复合材料力学问题?在理论力学的广袤领域中,复合材料力学问题犹如一道道复杂的谜题,等待着我们去解开。
复合材料因其独特的性能和广泛的应用,在工程、航空航天、汽车制造等众多领域都占据着重要地位。
然而,要解决复合材料力学问题并非易事,需要我们从多个方面进行深入思考和探索。
首先,我们要对复合材料的基本特性有清晰的认识。
复合材料通常由两种或两种以上具有不同性能的材料组成,这些材料在微观层面上相互结合,形成了独特的力学性能。
比如,纤维增强复合材料中的纤维和基体,它们的强度、刚度、韧性等性能差异明显,而它们之间的界面结合特性也对整体力学性能产生着重要影响。
为了准确描述复合材料的力学行为,我们需要建立合适的本构模型。
本构模型就像是一个数学“密码”,能够帮助我们将材料的应力和应变关系表达出来。
对于简单的复合材料,我们可以基于经典的力学理论,如胡克定律等,进行一定的修正和扩展。
但对于更为复杂的复合材料结构,可能需要引入更高级的理论,如连续介质力学、损伤力学等。
在实际解决问题的过程中,实验研究是不可或缺的一环。
通过精心设计的实验,我们可以直接获取复合材料在不同载荷条件下的力学响应。
比如拉伸实验可以测定材料的强度和弹性模量,弯曲实验可以研究其抗弯性能。
然而,实验往往受到诸多因素的限制,如成本高昂、周期长、难以模拟复杂的工况等。
这时,数值模拟方法就展现出了其独特的优势。
有限元分析(FEA)是目前应用最为广泛的数值模拟技术之一。
我们可以将复合材料的几何形状、材料属性、边界条件等输入到有限元软件中,通过计算机求解得到应力、应变分布等结果。
这种方法不仅能够快速地预测材料的性能,还可以对不同的设计方案进行比较和优化。
但要注意的是,数值模拟的准确性很大程度上取决于所采用的模型和输入参数的准确性。
因此,在进行数值模拟之前,需要对模型进行充分的验证和校准。
另外,解决复合材料力学问题还需要考虑多尺度分析。
复合材料的力学性能在不同的尺度上表现出不同的特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
复合材料力学课程设计
一、 层合板失效载荷计算
1、 问题描述:
已知:九层层合板,正交铺设,铺设比为0.2m =。
受载荷x N N =,其余载荷均为零。
每个单层厚度为0.2t mm =。
玻璃/环氧单层板性能:41 5.4010E Mpa =⨯,
42 1.8010E Mpa =⨯,120.25ν=,3128.8010G Mpa =⨯,31.0510t c X X Mpa ==⨯,
2.810t Y Mpa =⨯,14.010c Y Mpa =⨯, 4.210S Mpa =⨯。
求解:1、计算各铺层应力?
2、最先一层失效的载荷?
2、 使用mat lab 编程求解:
将输入文件“input.txt ”经由程序“strain.m ”运行,得到输出文件“output.txt ”。
求解程序见附录一。
3、计算结果:(其中R 是强度比)
求单层刚度
Q1:
18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q2:
55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q3:
18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q4:
55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q5:
18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q6:
55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q7:
18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q8:
55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q9:
18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000
求中面应变
Ez:
0.0306235*R
-0.00290497*R
0.00477273*R 求各层应力 C
C1:
-19.4684*R
549.6*R
-42.0*R
C2:
1675.5*R
87.3356*R
42.0*R
C3:
-19.4684*R
549.6*R
-42.0*R
C4:
1675.5*R
87.3356*R
42.0*R
C5:
-19.4684*R
549.6*R
-42.0*R
C6:
1675.5*R
87.3356*R
42.0*R
C7:
-19.4684*R
549.6*R
-42.0*R
C8:
1675.5*R
87.3356*R
42.0*R
C9:
-19.4684*R
549.6*R
-42.0*R
最先一层失效载荷:
Nx/t)1: 0.05088
(Nx/t)2: 0.27584
(Nx/t)3: 0.05088
(Nx/t)4: 0.27584
(Nx/t)5: 0.05088
(Nx/t)6: 0.27584
(Nx/t)7: 0.05088
(Nx/t)8: 0.27584
(Nx/t)9: 0.05088 则最先一层失效载荷为
(Nx/t)1:
0.05088
即90ο铺层最先失效。
二、 层合板屈曲计算
1、问题描述:
四边简支的正交铺设对称矩形层合板,单层厚度为0.2mm ,a=400mm ,b=200mm 。
已知各单层特性:受单向压缩121221208,18.9, 5.7,0.23E GPa E GPa G GPa ν====的临界载荷,及选取最佳铺层? 2、ansys 求解:
2.1 、铺设角度:
()290,0,90,0t s t t t ︒︒︒︒
2.2、铺设角度:
()260,30,60,30t s t t t -︒︒-︒︒
2.3、铺设角度:
()245,45,45,45t s t t t -︒︒-︒︒
2.4、铺设角度:
()230,60,30,60t s t t t -︒︒-︒︒
2.5、铺设角度:
()20,90,0,90t s t t t ︒︒︒︒
2.6、计算结果分析:
表一:层合板不同铺层的临界载荷
中间层铺设角度()0︒ 0 30 45 60 90
2.7、同质量各向同性材料:
3、解析求解:
对中间铺设角度为0时的层合板的解进行验证: 因为0ij
B =,162616260A A D D ====,屈曲方程:
()4442111266224224222+0w w w w
D D D D N x x y y x
δδδδ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂∂
边界条件:
11,12,12,22,0,:0,00,:0,0
x xx yy y xx yy x a w M D w D w y b w M D w D w δδδδδδδδ===--====--=
在这可取位移:
sin sin n y m x mn a b
w a ππδ= 其中m 和n 分别是x ,y 方向的半波数,可得到临界载荷表达式(1n =):
()
()(
)
()()4
2221
11112662222m a
x a
m
b
b
N D D D D π
⎛
⎫
⎪⎝
⎭
=+++ 又因为:
1112
2122
66000000Q Q Q Q Q Q ︒
︒
⎡⎤
⎢⎥⎡⎤⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦= 1112
22122122
211166669009000000000Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q ︒︒
︒
⎡⎤⎡⎤
⎢⎥⎢⎥⎡⎤=⎣⎦⎢⎥⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦= 其中:
1
2122
11122266
12122112211221,,,111E E E Q Q Q Q G ννννννν====---
()()3
3
33
11112212122211226666
99244;
12343;
1224499;
1234312
t D Q Q t D Q t
D Q Q t D Q =+==+= 代入求解:(求解程序件附录二)
表二:不同半波数下的载荷
对于中间层是0度角的铺层计算结果对比:
01460414146100%100% 3.14%14604
a a N N η--=⨯=⨯=
说明anasy 计算结果是比较准确的。
所以由表一的结果中间铺层是45度时临
界载荷最大,说明其稳定性相对较好,所以从屈曲的角度来考虑应选择
()245,45,45,45t s t t t -︒︒-︒︒的层合板。
附录一:
“INPUT.TXT”:
1
5.4e4 1.8e4 0.25 8.8e3
9
1 90
1 0
1 90
1 0
1 90
1 0
1 90
1 0
1 90
-9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9
1 0 0 0 0 0
1.05e3 28 42
“strain.m”:
见附件:strain.txt。
结果:见附件
out.txt。
附录二:
求解中面是0度的层合板计算程序:
t=0.2e-3;
a=0.4;
b=0.2;
E1=208e9;
E2=18.9e9;
G12=5.7e9;
v12=0.23;
v21=0.3;
Q11=E1/(1-v12*v21);
Q12=v21*E2/(1-v12*v21);
Q22=E2/(1-v12*v21);
Q66=G12;
D11=(t^3)/12*(99*Q11+244*Q22);
D12=343*(t^3)/12*Q12;
D22=(t^3)/12*(99*Q22+244*Q11);
D66=343*(t^3)/12*Q66;
for m=1:10
N=pi^2*(D11*(m/a)^2+2*(D12+2*D66)*(1/b)+D22*(1/b)^4*(a/m)^2); disp(N);
end。