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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
随着复合材料在工程界各领域的广泛使用，由复合材料损伤带来的安全性和可靠性题目也日益突出。本文从复合材料不同损伤模式出发，利用连续介质损伤力学，对考虑纤维断裂与基体开裂两种损伤模式的纤维增强复合材料疲劳寿命预估题目进行了研究。首先，进行了不同铺设角度玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂（GFRP）单向板的静力拉伸试验及单轴拉-拉疲劳试验，测定了不同铺设角GFRP单向板的弹性性能、静拉伸强度、疲劳性能及刚度降曲线数据，并利用电子扫描显微镜（SEM）观察疲劳断口。通过分析疲劳数据，研究了铺设角对GFRP单向板疲劳性能及正则化刚度降曲线的影响。进一步，通过从宏观、微观两种角度分析不同铺设角单向板疲劳断口，研究了铺设角对单向板失效模式、损伤机制的影响，得到了不同铺设角单向板的失效模式特点及损伤机制。在GFRP单向板试验及失效分析的基础上，提出了纤维增强复合材料单层板疲劳题目的损伤力学分析方法。首先，利用细观力学原理，将纤维增强复合材料单层板弹性常数利用纤维与基体的弹性常数表示，从而建立了利用纤维与基体表示的单层板刚度矩阵；接下来，根据连续介质损伤力学，引入相互独立的纤维损伤度与基体损伤度，并得到含损伤的单层板本构方程，进而将单层板的疲劳损伤题目转变为利用连续介质损伤力学分析纤维与基体损伤的题目。进一步，根据损伤热力学原理给出纤维与基体的损伤驱动力表达式，并分别建立纤维与基体的损伤演化方程。利用0º单向板标准件疲劳试验代替纤维束疲劳试验识别纤维损伤演化方程参数；利用90º、30º单向板的标准件疲劳试验识别基体损伤演化方程参数，得到基体损伤演化方程参数与材料、偏轴角的关系。上述过程巧妙的将复合材料疲劳损伤题目纳入连续介质损伤力学范畴。在上述理论及试验分析的基础上，基于连续介质损伤力学，建立了同时考虑纤维断裂与基体开裂两种失效模式时，单层板疲劳寿命预估力学模型，并提出了纤维增强单层板同时考虑两种损伤模式的疲劳失效判据，进而建立了预估单层板疲劳寿命的闭合解法和数值解法。将45º单向板疲劳试验结果与预估的疲劳寿命进行对比，二者吻合很好。验证了本文提出的单层板疲劳寿命预估损伤力学模型的正确性。基于单层板寿命预估模型及疲劳试验，建立确定纤维增强复合材料单层板理论概率疲劳曲线族的损伤力学方法。通过将初始损伤度看做决定单层板疲劳寿命分布的随机变量，基于疲劳试验数据，得到了0º、90º、30º单层板理论概率疲劳曲线族及相应的单层板存活率与初始损伤度关系。进一步，研究了在不同铺设角下，单层板存活率与初始损伤度的关系，成功预测了45º单层板的理论概率疲劳曲线。在单层板疲劳寿命预估模型的基础上，对层合板疲劳寿命预估题目进行研究。首先，根据连续介质损伤力学，在层合板各单层中均引入纤维与基体两个相互独立的损伤度，从而建立了利用纤维与基体弹性常数表示的含损伤层合板本构方程；针对各个单层，分别引入纤维与基体的损伤驱动力及损伤演化方程，并赋予相应的损伤演化方程参数。进一步，提出了同时考虑纤维断裂、基体开裂两种损伤模式的疲劳失效判据，并针对几种特殊情况进行了简化。最后，提出了预估层合板寿命的数值方法。本文提出的单层板、层合板疲劳寿命预估损伤力学模型，创造性的将复合材料疲劳损伤题目转换为纤维、基体单变量各向同性损伤题目，实现了从纤维、基体弹性常数出发预估单层板、层合板疲劳寿命的跨越。同时此方法仅需少量的标准件试验即可获取模型参数，克服了传统模型参数过多且极难识别的困难，在确保精度的基础上大大方便了理论与工程应用。除在纤维断裂、基体开裂两种损伤模式的基础上分析复合材料疲劳题目之外，本文还对复合材料另一种常见的损伤模式—层间分层进行了研究，针对含分层层合梁、层合板分层区附加位移进行了理论分析及数值模拟，为今后进一步研究分层相关题目，如断裂、疲劳等打下基础。首先，建立了含分层层合梁分层区数值模拟模型，并通过与含穿透分层层合梁解析解的对比，验证了提出的分层区数值模拟模型的正确性。接下来，建立含分层层合板分层区数值模型，利用片条合成能量解法得到分层区附加位移弯曲型闭合解，对比数值解与闭合解，验证了两种方法对挠度求解的正确性。另一方面，通过面内位移的比较，说明剪切效应及横向效应使弯曲型闭合解面内位移精度不够，提出在闭合解中引入剪切模型改善计算精度的改进方法，建立了利用反平面剪切模型处理受出面载荷片条的片条合成能量解法，并得到了含分层层合板剪切型附加位移闭合解。将两种型闭合解与数值解进行比较，剪切型闭合解的精度远好于弯曲型闭合解。 |
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发表于 2022-8-30 15:38:10
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