复合材料力学part.ppt

最大应变理论 单层板在平面应力状态下，主方向的任意一个分量达到极限应变时，就发生破坏或失效 失效准则有3个相互不影响，各自独立的表达式组成的，实际上有三个分准则 拉伸时 压缩时 最大应变理论 必须转换成材料主方向上的应变 和最大应力理论相比,在最大应变准则中包含了泊松比项,也就是说，最大应变理论中考虑了另一弹性主方向应力的影响，如果泊松比很小，这个影响就很小 与试验结果偏差也较大 最大应变理论 最大应变理论 玻璃/环氧复合材料 理论预报与材料试验值吻合的不太好，不如最大应力 蔡-希尔理论(Tsai-Hill) R. Hill在1948年对各向异性材料，提出了屈服准则： 在弹性范围内，可以作为各向异性材料的强度准则，屈服强度F,G,H,L,M,N可以认为是破坏强度 希尔理论是Mises在1913年提出的各向同性材料屈服准则的推广 蔡-希尔理论(Tsai-Hill) Stephen W. Tsai用简单层板的破坏强度X、Y、S等与破坏强度参数F，G，H，L，M，N等建立了联系 如果只有?12作用在物体上 如果只有?1作用在物体上 如果只有?2作用在物体上 如果只有?3作用在物体上 蔡-希尔理论(Tsai-Hill) 对于纤维在1-方向的简单层板在1-2平面内的平面应力 蔡-希尔理论 玻璃/环氧材料吻合得相当好 不一定对所有的材料都适合 不能用一个表达式同时表达拉、压应力两种情况 蔡-希尔理论 一个破坏准则 强度随方向角的变化是光滑的，没有尖点 单向强度随角从0增加而连续减小而不是像最大应力和最大应变两个准则那样增加 理论与试验之间的一致性比原先的好，最大应力和应变准则30度角时的误差是100% 在蔡-希尔准则中破坏强度X、Y、S之间存在着重要的相互作用，但其它准则中，这种作用不存在 霍夫曼破坏理论（Hoffman) Hoffman考虑到材料在同一方向上的拉、压强度不同，提出的屈服准则为 对正交各向异性简单层板来说 如果拉、压同性，则简化为Tsai-Hill准则 蔡-胡张量理论（Tsai-Wu) 将所有现存的唯象破坏准则都归结为高阶张量多项式破坏准则的特殊情况，并提出了二阶张量多项式作为破坏准则的计算方法。 蔡-胡假定在应力空间中的破坏表面存在如下形式: 其中：Fi，Fij为二阶和四阶强度张量，Fij为四阶对称张量 在平面应力状态下： 蔡-胡张量理论（Tsai-Wu) 强度张量的某些分量可以用已经讨论过的工程强度来确定： 对拉伸载荷： 对压缩载荷： 同理： 材料主方向上的剪切强度和剪应力的符号无关，?6奇数项的系数必须为零，则有： 蔡-胡张量理论（Tsai-Wu) 对于四阶强度张量Fij，基本上不能用材料主方向的任何单向试验来确定，必须采用双向试验，因为它是?1和?2的系数。我们采用双向拉伸试验： 则有： 代入已知量： 如果：2F12=-F11: 与霍夫曼准则相同 如果：拉压强度相同，2F12=-1/X2，与蔡-希尔准则相同 蔡-胡张量理论（Tsai-Wu) 一次项部分，描述不同拉压强度是有用的 二次项部分，描述应力空间的椭球，破坏曲面一个是封闭的 F12描述1方向和2方向的正应力之间的相互作用，完全不同于剪切强度 在旋转或重新定义坐标系下具有不变性 可由已知的张量变换规则进行变换 类似刚度和柔度，具有对称性 适合于理论分析 蔡-胡张量理论（Tsai-Wu) 在实际应用Tsai-Wu张量理论时，有时忽略F12（描述1方向和2方向的正应力之间的相互作用）项 通过玻璃/环氧、石墨/环氧及硼/环氧复合材iaode计算，表明F12的影响不应忽略，如果取 F12=1/2（F11F22）1/2 可获得理论与实验较好的符合 蔡-胡张量理论（Tsai-Wu) 硼/环氧 正交各向异性单层板强度理论的发展 上述的强度理论，不涉及复合材料的破坏形式、过程和机理（唯象理论） 对纤维复合材料来讲 宏观上的各向异性 细观上的非均匀性 其破坏形式和过程比各向同性材料更加多样化、复杂 它与组分的性能、含量、复合工艺条件以及受力状态密切相关 应用一个统一的破坏准则来概括描述如此多样、复杂的破坏现象，对复合材料来说是非常困难的 正交各向异性单层板强度理论的发展 复合材料不同于金属等，具有多种形式的损伤和缺陷，如 考虑材料的损伤，裂纹的萌生与扩展，从断裂机理的研究建立数学模型，应用断裂力学原理分析复合材料的损伤，从而寻求微裂纹的发展与载荷及其循环次数间的函数关系，研究复合材料新的强度理论 微观与宏观相接合 复合材料微、细观力学分析方法 谢 谢！ 非主方向的xy坐标系下受力的正交各向异性简单层板的表观工程常数为： 简单层板在任意方向上的应力-应变关系 简单层板在任意方向上的应力-应变关系 通过上述分析可见： 正交各向异