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复合材料层合板强度计算现状

  关于强度准则M.J.Hinton、P.D.Soden 以及 A.S.Kaddour发表了较为全面地预测复合材料层合板强度的论文集<<The World Wide Failure Exercise>>。多位学者在其中都提出了各自不同的关于复合材料层合板的失效准则。最近,我国学者黄争鸣,张华山等人通过一个1991年启动2004年完成的复合材料“破坏分析奥运会”评估,详细评述了纤维增强复合材料强度理论的现状及发展趋势,列出了当今世界上最具代表性的19种复合材料宏、细观强度理论,通过与实验比较得到5种精度最高的强度理论提供给工程实际参考。这五种被当今学术界认可的强度理论分别如下:

 

  1.Zinoviev理论

  该理论采用线弹性本构方程,认为铺设角随着载荷的增加而变化:

  破坏判据采用了最大应力判据,只要以下任何一个不等式成立:

  就认为单层板出现破坏。该理论能较好的预报多层板的初始破坏,对层合板最终强度的预报与实验相比在合理的范围内,因此,Zinoviev理论是目前精度最高的理论之一。

  2.Bogetti理论

  该理论采用非线弹性三维的本构方程,只要任一单层板中的应变满足以下任何一个不等式:

  就认为该层产生了破坏。该理论可以预报沿厚度方向所引起的层合板的初始破坏。对层合板非线性应力-应变曲线的初始部分,以及由纤维控制的最终破坏,该理论与实验数据吻合较好。

  3.Puck理论

  该理论采用了非线性本构方程,只要以下任何一个条件成立,就认为单层板出现破坏:

  轴向拉伸破坏:

    轴向压缩破坏:

  横向拉伸破坏:

  横向受压剪切破坏:

  斜面剪切破坏:

  以上各系数的确定较为复杂,有些依赖于经验值,详见参考文献。该理论对单向复合材料的预报与实验吻合较好,对层合板最终强度预报大体上与实验相符,与实验的主要差别来自于在有较大非线性变形的情况下,预报的最大应变远小于实测值,预报的最终强度与实验值也有较大差别。

  4.Cuntze理论

  该理论采用了线性本构方程,只要满足下列任何一个条件,就认为单层板出现破坏。

  轴向拉伸破坏:

  轴向压缩破坏:

  横向拉伸:    

  横向剪切破坏:

  斜面剪切破坏:

  其中K5是以下二次方程的正根:

  该理论在Puck理论的基础上,综合考虑了多重非线性因素,但对大变形或耦合非线性的情况存在不收敛的现象。

  5.Tsai理论

  采用线弹性本构方程,只要满足下列条件,就认为单层板出现破坏:

 

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