基于Hashin准则最优性条件的纤维复合材料强度导向最优取向

摘要整理

Hashin强度准则广泛应用于纤维增强复合材料的首层破坏和损伤起始分析。本文基于固定应力场假设，针对Hashin准则各失效模式（基体拉伸/压缩、纤维拉伸/压缩）分别推导了局部材料取向的最优性条件，用主应力和材料强度参数表示。研究表明，与主应力方向一致或不一致的取向均可能使局部失效指数最小化。基于上述条件，提出了HA-OCM（Hashin最优性准则法）算法，该算法在有限元层面上迭代地选择性满足复合材料的基体失效模式（拉伸或压缩）。研究证明，HA-OCM设计的单层平面结构相比仅采用最大主应力方向设计，破坏载荷显著提高。结果表明材料取向趋向于与最大主应力方向平行或垂直。虽然全局柔度最优解不能保证，但HA-OCM设计相比主应力设计在破坏载荷上分别获得了71%和140%的改进。该方法为复合材料结构强度优化设计提供了新的理论基础和工程应用途径。

相关论文