项目名称: 复合材料板壳结构低速冲击损伤问题的扩展逐层理论研究及其应用

项目编号: No.11502286

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 李顶河

作者单位: 中国民航大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 精确模拟基体裂纹尖端和层间分层前缘的耦合应力场是通过数值方法研究复合材料结构中低速冲击损伤起始和扩展的关键技术,本项目拟在已有复合材料结构扩展逐层理论(XLWM)的基础之上建立完全扩展逐层方法(Full-XLWM),重点研究适用于复合材料板壳结构及加筋板壳结构低速冲击损伤问题的精细分析方法。研究内容包括:建立复合材料结构的VCCT-XLWM方法和Full-XLWM方法;建立复合材料结构的瞬态显式XLWM方法;建立复合材料板壳结构的中低速冲击响应和损伤预测模型,并将其应用于含复杂加筋复合材料板壳结构的冲击损伤问题。本项目的研究将为模拟分层前缘和基体裂纹尖端应力场之间的耦合效应提供一种新的理论分析方法,实现分层和基体裂纹同时任意扩展的精细预测,拓展扩展有限元方法(XFEM)在复合材料结构损伤预测方面的应用范围。项目的研究成果可以为复合材料结构低速冲击损伤扩展机理的研究提供一种有效的数值手段。

中文关键词: 复合材料;低速冲击;扩展有限单元法;扩展逐层理论;损伤

英文摘要: For laminated composite structures, the accurate simulation of coupling stress fields resulted from matrix crack tips and delamination fronts is very important for predicting the onset and propagation of low-velocity induced damages. In this research project, based on the extended Layerwise method (XLWM) established in our previous works, a Full-XLWM method will be developed for laminated composite plates and shells with multiple delaminations and matrix cracks. We will focus on the refined analysis methods for the low-velocity induced damage in laminated composite plates and shells with/without complex stiffeners. The research content includes: 1) the VCCT-XLWM method and Full-XLWM method; 2) the transient explicit XLWM methods; and 3) analysis model of the impact responses and damages for laminated composite plates and shells, and its application to the laminated composite structures with complex stiffeners. The coupling effect of the stress fields of matrix crack tips and delamination fronts can be accounted accurately by the method developed in this project, together with the simultaneous propagation of matrix cracks and delaminations. The present methods extended application of the extended finite element method (XFEM) to prediction of laminated composite damage. The research results would provide effective theoretical methods for extension mechanism of low-velocity impact damage in the composite material structure, and a theoretical support for impact resistant design of advanced composite plate and shell structures in aircrafts.

英文关键词: Composite;Low-velocity impact;Extended finite element method;Extended Layerwise Method;Damages

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