铝-玻纤增强复合材料混杂层合板热脱层模型建立与评估

摘要整理

本文提出了一种温度相关的内聚力模型，用于预测异质金属-复合材料混杂结构在第Ⅰ型和第Ⅱ型脱层模式下的脱层行为。采用商业非线性有限元软件LS-DYNA对铝-玻纤增强复合材料(GFRP)混杂层合板的材料和内聚力模型进行了数值模拟。为准确表征铝与GFRP层合板间的第Ⅰ型和第Ⅱ型脱层，采用了双线性牵引-分离律的内聚区模型。通过双悬臂梁试验和端部切口弯曲试验的实验结果趋势，获得了不同温度下的内聚区参数。在30℃、70℃和110℃三个温度下对比了实验结果与模拟结果，验证了模型的有效性。第Ⅰ型和第Ⅱ型有限元模型与实验结果的偏差分别为5.73%和7.26%，相关性良好。在30℃时，裂纹前缘应力分布呈现从试样中心到边缘的平缓递减特征；在70℃时，整个裂纹前缘达到最大第Ⅰ型应力，仅在试样边缘处应力积累较低；第Ⅱ型应力在30℃时从中心向边缘逐步增加，在70℃时沿裂纹前缘呈现均匀低应力分布，仅在自由边处应力集中明显；在110℃时，两种模式的应力分布均恢复至与30℃相似的分布规律。

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