复合材料ENF试件裂纹扩展理论探析刘伟先.pdf

航 空 学 报 Jan. 25 2013 Vol.34 No.X XX-XX Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ISSN 1000-6893 CN 11-1929/V hkxb@ doi: 10.7527/S1000-6893.2013.0297 复合材料 ENF 试件裂纹扩展理论分析 1 1, * 1 刘伟先 ，周光明 ，王新峰 1. 南京航空航天大学 机械结构力学与控制国家重点试验室，江苏 南京 210016 摘 要：对复合材料ENF试件裂纹扩展过程进行了理论分析，研究了界面参数变化对载荷位移曲线的影响。首先在梁微 段分析的基础上，通过双线性cohesive本构模型考虑界面损伤，本文模型中考虑了轴力的影响，根据界面损伤程度对模 型进行了分段，并分别获得了各段通解。以裂纹长度以及粘聚区范围为变量分析了ENF试件裂纹扩展过程，求解获得了 载荷位移曲线。通过与已有理论模型结果对比，验证了本文理论分析的正确性，且本文理论考虑了弹性段后非线性存 在。分析了界面参数与粘聚区长度关系，对界面参数选取提供一定的依据。 关键词：ENF试件；cohesive理论；轴力影响；裂纹扩展分析；粘聚区长度 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号: 1000-6893 （2012 ）XX-XXXX-XX 分层抵抗能力是复合材料主要的结构性能之 论评估SERR 。Chatterjee [6]通过各向同性条板已 一，目前各种断裂试验用于测量纯模式和混合模 知数值解转化为各向异性情况得到了相同的结 式负载下的临界应变能释放率 （SERR ），其中 论。Corleto 和 Hogan [7]则将用于DCB试件的弹 端部缺口弯曲 （ENF ）试件被广泛用于评估复合 性地基梁理论扩展到ENF试件中，获得了临界应 材料剪切型断裂韧性。 变能释放率解析解，其中考虑了裂尖变形影响。 长期以来国内外科研工作者对ENF试件的分 所有上述考虑裂纹尖端变形效果的方法[3-7] 比根 析，建模和设计上进行了广泛的研究。最早由 据经典和剪切变形梁理论[1,2]对临界应变能释放率 Russell 和Street [1] 首先基于简支梁理论对ENF试 提供了一个更好的估计。 件进行了简单的解析分析，其中忽略了横向剪切 随后Ozdil将研究扩展到角铺层下ENF试件， [2] 变形及裂纹尖端应力奇异影响。Carlsson等人 在 获得了复合材料层合结构下GIIC理论计算公式 此基础上应用铁木辛柯梁理论通过考虑横向剪切 [8] 。Ding 和Kortschot [9]提出一种未考虑剪切变形 变形对解进行了改善，但裂尖变形被忽略了，再 的简化弹性地基梁模型。而Wang 和Qiao [10]将 次低估了SERR 。其后的研究则通