空间增强碳碳复合材料的结构失效准则

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本文建立了四向层板（4DL）增强碳碳复合材料的结构强度失效准则。该增强方案由四组增强元件组成，其中三组位于平行平面内且相互间夹角为120°，第四组垂直于这些平面。研究重点为材料首次失效对应的屈服应力，此时材料某一组分偏离线性弹性行为。将复合材料视为非均质结构，由基体和增强杆件（单向复合材料）组成。采用三级弹性模型分析材料各组分的应力应变状态，微观层面采用解析方法，宏观层面采用有限元法。以材料结构单胞为计算对象，边界条件设置使边界效应影响可忽略，从而模拟无限体积材料的行为。在各组分处引入局部强度准则，将准则量场在结构单胞体积上进行平均。获得材料首次失效对应的强度曲面，验证了所建准则与现有碳碳复合材料典型特性数据具有良好的一致性。基于计算得到的屈服应力随加载方向的变化规律，提出了利用标准拉伸和压缩试验进行模型参数识别的方法。给出了双轴应力状态下建议准则与极限应力准则计算结果的偏差估计，偏差可达数十个百分点，某些情况下材料强度相比单轴应力状态有所提高。研究结果需通过验证试验来确认该模型对先进空间增强碳碳复合材料的适用性。

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