复合材料力学大作业

二零一六年——二零一七年第一学期复合材料力学实验报告

实验名称：层合板的强度分析

班级：工程力学13-2班

姓名：刘志强

学号： 02130857

指导教师：董纪伟

层合板的强度分析

问题：

有三层对称正交铺设层合板，总厚度为t ，外层厚12t ，内层厚t 6

5，材料为硼/环氧，受轴向拉力x N 作用，MPa E 51100.2⨯=，MPa E 42100.2⨯=，

30.021=v ，MPa G 312106⨯=，MPa X t 3100.1⨯=，MPa X c 3100.2⨯=，MPa Y t 2100.6⨯=，MPa Y c 200=，MPa S 60=，试求层合板极限载荷)/(t N x 。

解:

1，开始破坏时的“屈服”强度值：

（1）计算ij ij Q A 和： 由:)(t)(1051.71,3341'得MPa A A A ⨯==-

（2）求000,,xy

y x γεε （3）求各层应力

（4）用Hill-蔡强度理论求第一个屈服载荷强度理论表达式：

将上述数据代入解得：

显然第一、三层先破坏，即N x /t=为第一屈服载荷，此时：

各层应力为：

2、进行第二次计算：

（1）求削弱后的复合板刚度： 其中第一、三层板材料第一主方向破坏后，不能抗剪，故Q 66=0，继续计算复合板刚度A ：

[]MPa Q 43,11000002.01810000

⨯⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡=

（2）、求应变和应力：

（3）、由Hill-蔡强度理论得：

/t=代入第二层求得应力：

将N

x

方向全部破坏，层合板不能继续承即第二层第二主方向破坏，因此层合板在N

x

受载荷。

三层对称正交铺设层合板轴向拉伸ANSYS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：

图1：定义shell99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2：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：

图3：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4：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：

图5：设置材料属性

图6：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7：层合板3D变形图

图8：层合板2D变形图

图9：层合板位移云图

9，结果分析：

根据所得数值模拟结果，正交对称各向异性层合板受轴向力时，只发生轴向变形，没有拉弯，拉扭的耦合。