复合材料层合板分层分析中的界面元应用.pdf

JournalofMechanicalStrength2008,30(2):301～304

●研究简报●
复合材料层合板分层分析中的界面元应用X
ANALYSISOFDELAMINATIONWITHINTERFACEELEMENT
INCOMPOSITEMATERIALS

刘红霞XX矫桂琼熊伟管国阳
(西北工业大学工程力学系,西安710072)
LIUHongXiaJIAOGuiQiongXIONGWeiGUANGuoYang
(DepartmentofEngineeringMechanics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China)

摘要采用界面元模拟复合材料层合板界面层的方法,分别对测试复合材料Ⅰ型层间断裂韧度的双悬臂梁弯曲
DCB(doublecantileverbeam)试件和测试Ⅰ、Ⅱ混合型层间断裂韧度的混合模式弯曲MMB(mixed2modebending)试件的加载
和层间开裂过程进行有限元数值模拟。分析中采用混合准则和B2K(Benzeggagh2Kenanecriterion)准则分别判断界面元的
刚度退化和裂纹扩展。另外,在对MMB试件的模拟中讨论B2K准则中的参数η的选取。数值模拟的结果与试验结果的
对比表明,文中采取的界面单元方法可以有效模拟复合材料层合板和层间结构的层间破坏。
关键词层合板界面元界面分层
中图分类号TB332TB125TB115
AbstractDelaminationisamajorfailuremodeinlaminatedcomposites.Itisnecessarytostudytheinitiationofdelaminationand
thepropagationofdelaminationfront.BasedonthemixedcriteriaandB2K(Benzeggagh2Kenane)criteria,theinterfaceelementsare
usedtosimulatedDCB(doublecantileverbeam)andMMB(mixed2modebending)test,andthedegradationofstiffnessandthepropa2
gationofdelamiantionisinvestigated.Thecomparisonofthenumericalpredictionsandexperimentalresultsindicatesthatitisfeasibleto
simulatetheprogressivefractureofcompositestructureswiththeinterfaceelements.
KeywordsLaminate;Interfaceelements;Interface;Delamination
Correspondingauthor:LIUHongXia,E2mail:[e-mail]
Manuscriptreceived20050105,inrevisedform20060717.

间给出约束关系,当层间应力达到给定的应力临界值
1引言
时,对应节点的约束关系失效,开始进入裂纹扩展的阶
分层是复合材料层合板的主要破坏形式,而分层段。这种方法是通过比较层间应力与应力的临界值,
破坏主要发生在层合板的界面层上。因此,对复合材模拟值与试验值的出入比较大,计算不精确。在上世
料界面层力学行为的分析是很有必要的。过去常采用纪80年代后期,国内有一些学者开始这方面的研究。
试验的方法得到破坏强度的各项参数,这种方法一般卓家寿等对界面元的二维以及三维问题有一定的研
说来不经济也比较费时。随着计算软件的不断发展,究,采用的界面元是在日本学者Kawai的刚体弹簧元
用数值模拟方法计算界面层的破坏强度成为可能。国模型的基础上提出的一种数值计算模型,但主要是用
内外的一些学者对这个问题都有研在解决岩土工程中的弹塑性问题,没有应用在复合材
究[1]129[2]3432348[3]125[425][6]1242。国外有关这一问题的研究始料强度的分析中。文献[2]3432348对二维界面元在复合
于上世纪70年代,并且已经取得比较大的进展。M.材料中的应用进行分析,但主要讨论纤维与基体之间
Meo[7]等采用不同方法模拟了复合材料层间破坏时界的界面层的问题,没有涉及复合材料基体与基体之间
面元的行为。一种是采用建立在内聚力模型基础上的的界面层问题,具有一定的局限性。文献[3]125介绍了
非线性弹簧元来模拟界面元,这种方法虽然可以求得非线性弹簧界面元和六节点界面元两种来预测复合材
破坏强度,但是无法将弹簧的