摘要
复合材料层合结构具有良好的比强度、比刚度和优异的抗冲击性和可设计性，在许多领域都有广泛应用。复合材料层合结构常见的损伤模式有层间分层和面内裂纹，这些常见损伤会对结构造成灾难性影响。本文建立了一种用于分析损伤扩展的渐进扩展逐层方法（Progressive Extended Layerwise Method,PXLWM），对不同载荷条件下复合材料结构损伤的静态和疲劳问题进行了研究，主要内容包括以下三个方面： 首先，在损伤位置处嵌入弹簧单元，将二维离散损伤模型（Discrete Damage Zone Model,DDZM）与扩展逐层方法相结合，建立有限元方程，并用牛顿迭代法求解，构建可以用于分析复合材料层合板分层扩展的渐进扩展逐层方法。在数值算例中，对含层间分层的复合材料层合板的接触问题进行分析，并研究了双悬臂梁（Double cantilever beam,DCB）的分层扩展问题，对比文献的结果和解析解验证了渐进扩展逐层方法的正确性。 然后，通过研究双悬臂梁模型宽度方向网格对计算结果的影响，得到离散损伤模型初始刚度的修正公式，将二维渐进扩展逐层方法扩展至三维，用于分析复合材料层合板的分层渐进扩展。在数值算例中，对不同铺层角度的双悬臂梁、不同长宽比和宽厚比的复合材料层合板的分层扩展进行了分析，并研究了横向裂纹对分层扩展机理的影响。 最后，将Peerlings损伤定律引入渐进扩展逐层方法，修正了离散损伤模型的损伤演化规律，将渐进扩展逐层方法应用于分析损伤的疲劳扩展问题，重新确定可以匹配实验结果的疲劳参数。通过调整网格尺寸进行多组计算，对疲劳参数进行修正。在数值算例中，对双悬臂梁模型进行疲劳寿命分析，确定多组应力-寿命曲线，并研究了铺层角度对模型疲劳寿命的影响。
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