复合材料力学大作业

复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 二零一六年二零一六年 二零一七年第一学期二零一七年第一学期 复合材料力学实验报告 实验名称 实验名称 层合板的强度分析层合板的强度分析 班班 级 级 工程力学工程力学 13 213 2 班班 姓姓 名 名 刘志强刘志强 学学 号 号 0213085702130857 指导教师 指导教师 董纪伟董纪伟 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 0 页 共 8 页 层合板的强度分析 问题 问题 有三层对称正交铺设层合板 总厚度为 外层厚 内层厚 材料t12tt 6 5 为硼 环氧 受轴向拉力作用 x NMPaE 5 1 100 2 MPaE 4 2 100 2 30 0 21 vMPaG 3 12 106 MPaXt 3 100 1 MPaXc 3 100 2 试求层合板极限载荷 MPaYt 2 100 6 MPaYc200 MPaS60 tNx 解解 1 开始破坏时的 屈服 强度值 1 计算 ijij QA和 MPaQ 4 3 1 10 0 600 02 01810 6054 00 605420 181 MPaQ 4 2 10 0 600 020 1810 6054 00 60542 0181 6 5 6 23 1 tQtQA ijijij tMPaA 4 10 0 600 017 1540 6054 00 60545 045 由 t 1051 71 3341 得MPaAAA 116 6622 11 1019 904 MPat A AA A 116 6612 12 10 0 7025 MPat A AA A 116 6611 22 105 8542 MPat A AA A 114 66 2 122211 66 101 6667 1 MPat AA AAA A0 26 16 AA 2 求 000 xyyx 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 1 页 共 8 页 6 66 22 21 12 11 0 0 0 10 0 0 7025 19 904 0 0 00 0 0 t N N A AA AA x x xy y x 3 求各层应力 MPa t N Q x xy y x xy y x 0 0 1063 4 0128 0 0 0 3 1 3 1 12 2 1 3 1 MPa t N Q x xy y x xy y x 0 0 0213 0 3974 0 0 0 2 2 12 1 2 2 4 用 Hill 蔡强度理论求第一个屈服载荷强度理论表达式 0 1 12 2 2 2 2 21 2 2 1 ttt YXX 将上述数据代入解得 1505 8MPa 252 3MPa 23 1 t N t N xx 显然第一 三层先破坏 即 Nx t 252 3MPa 为第一屈服载荷 此时 4 12 3 11 10 1 77105 02 xyxx NANA 各层应力为 MPa 0 26 83 1012 5 3 1 12 2 1 MPa 0 5 366 100 28 2 12 1 2 第一 三层 tt YX 21 2 进行第二次计算 1 求削弱后的复合板刚度 MPaQ 4 2 10 0 600 020 1810 6054 00 60542 0181 MPaQ 4 3 1 10 000 02 01810 000 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 2 页 共 8 页 其中第一 三层板材料第一主方向破坏后 不能抗剪 故 Q66 0 继续计算复合 板刚度 A tMPaA 4 10 0 500 017 1540 5045 00 50451 6818 334 t 1014 30MPaA 11 4 11 100 60 MPatA 11 4 12 10 0 0176 MPatA 11 4 22 100 0588 MPatA 11 4 66 102 MPatA0 26 16 AA 2 求应变和应力 4 0 0 0 10 0 0 0176 0 60 0 0 t N N A x x xy y x MPa t Nx 0 0 0356 0 3 1 12 2 1 MPa t Nx 0 0 00712 1 2 2 12 1 2 3 由 Hill 蔡强度理论得 500 5MPa 5616 6MPa 23 1 t N t N xx 将 Nx t 500 5 代入第二层求得应力 tt YMPaXMPa 600 63 564 21 即第二层第二主方向破坏 因此层合板在 Nx方向全部破坏 层合板不能继续承 受载荷 三层对称正交铺设层合板轴向拉伸三层对称正交铺设层合板轴向拉伸 ANSYSANSYS 模拟模拟 1 定义单元类型 进入前处理 选择添加 shell linear layer 99 单元 如图 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 3 页 共 8 页 图图 1 1 定义 定义 shell99shell99 单元单元 2 设置单元属性 关闭 Labrary of Element Types 窗口 打开 options 设置单元属性 在 k8 的下拉窗口选择 All layers 如图 图图 2 2 设置单元属性 设置单元属性 3 添加单元实常数 关闭添加单元窗口 打开添加实常数窗口 给 shell99 添加厚度 层合信 息 4 定义层合信息 打开 Setions 下 Shell Lay up 添加层合信息 如图 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 4 页 共 8 页 图图 3 3 定义层合信息 定义层合信息 点击 ok 关闭 Create and Modify Section 窗口 然后打开 Plot Section 窗口检查层合信息 图图 4 4 层合信息 层合信息 5 添加材料属性 打开材料助手下的材料模型 定义单元结构线弹性各向异性窗口 定义材 料各向信息 如图所示 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 5 页 共 8 页 图图 5 5 设置材料属性 设置材料属性 图图 6 6 定义材料属性 定义材料属性 6 建模并划分网格 打开 Modeling 建立一个带厚度的平面模型并使用 Meshing Tool 划分网格 7 加载并求解 打开求解器 在 X 轴一侧加对称载荷 一侧加轴向拉力 保存设置然后求 复合材料力学实验报告 工程力学 13 2 班 刘志强 02130857 第 6 页 共 8 页 解 8 结果和结果分析 打开后处理器 读取结果文件察看层合板形变况 如图 图图 7 7 层合板 层合板 3D3D 变形图变形图 图图