单向纤维增强复合材料板裂纹扩展主要驱动力的实验/数值研究

http://hdl.handle.net/10993/12316

本文提出了一种模拟线弹性航空航天复合材料裂纹扩展的丰富有限元方法。通过一系列完整的实验验证了模型及其离散化的有效性。采用相互作用积分法计算应力强度因子。为了实现这一点，我们建议应用(1)对存在材料界面的非均质正交各向异性材料的标准相互作用积分的改进方法;(2)提出了一种修正的最大环向应力准则，用于计算每一步的裂纹扩展方向，并指出目前文献中常用的“标准”最大环向应力准则无法再现实验结果。研究了裂纹描述、材料取向、孔洞的存在和多材料结构等因素的影响。研究发现，对于源比约为10的航空航天复合材料，材料取向是裂纹扩展的驱动因素。这甚至适用于材料取向为90°的试样，这在之前的损伤力学和离散裂纹模型中都是困难的，例如通过扩展有限元法(XFEM)。结果还表明，裂纹将主要沿着纤维方向扩展，而不考虑试样的几何形状、加载条件或空隙的存在。