基于应变能等效法和连续损伤数值模型的增强热塑性管材弯曲性能研究

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本文采用应变能等效方法和连续损伤数值模型，研究了增强热塑性管材（RTPs）在弯曲载荷下的弯曲刚度和渐进失效行为。提出了基于多层各向异性圆筒应变能等效的理论方法，通过弯矩做功与应变能之间的平衡关系推导了弯曲刚度和应力场。该方法可同时考虑各向同性和各向异性材料的混合特性，显著提高了计算效率。为验证理论方法的准确性，采用Abaqus/Explicit进行了三维复合材料单元的准静态分析，通过VUMAT子程序考虑了渐进失效过程。基于Hashin-Yeh失效准则建立了非线性刚度退化模型，实现了复合材料的性能衰减。理论结果与数值模拟结果对比表明，理论方法略显保守（因忽略了层间相互作用的贡献），但能准确预测各复合材料层的主应力。数值模拟结果表明，纤维拉伸失效、基体拉伸和压缩失效是RTPs在弯曲载荷下的主要失效模式。此外，还讨论了纤维缠绕角对损伤扩展的影响以及初始椭圆度对弯曲刚度的影响。

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