摘 要

复合材料具有比模量高、比强度大、耐腐蚀好等良好的综合性能，在各行各业有着广泛的发展应用。然而，复合材料结构极为复杂，失效形式具有多样化，这些原因使得复合材料的强度预测变得十分复杂。为了发掘复合材料更大的发展潜力，也为了使复合材料在工程应用中能够更加安全、合理、经济。因此，对复合材料层合结构的强度问题和失效分析的研究探索就显得非常重要。

本文的主要内容就是在研究分析复合材料强度理论以及使用有限元软件ANSYS分析复合材料层合结构的基础上，探究了T300/5208复合材料层合结构的方形板在ANSYS中的建模、划分网格、施加载荷约束以及结果后处理的相关操作，并最终依据强度比和最先层失效理论，分析了该T300/5208复合材料层合结构的最先失效层及其失效强度，建立了一种基于ANSYS的复合材料的分析方法。

关键词：复合材料；ANSYS；失效准则；有限元分析

Abstract

Composite materials having a high specific modulus, high specific strength, good corrosion resistance and good overall performance, in all walks of life have a wide range of application development. However, the composite structure is extremely complex, with a diversity of failure modes, these reasons make the composite strength prediction becomes very complicated. To discover more composites development potential, but also to make composite materials in engineering applications can be more safe, reasonable and economical. Therefore, the study of the strength of Composite Laminated Structures and failure analysis of exploration is very important.

The main content of this paper is to study the theory and analysis of composite material strength software ANSYS finite element analysis of composite laminated structure, exploring the modeling T300 / 5208 composite laminate structure, square plate in ANSYS, meshing Georgia, after applying a load constraints and operations related to the processing and, ultimately, on the basis of the intensity ratio of the first layer and the failure theory, the T300 / 5208 failure of the first layer of laminated composite structures and failure intensity, established a analysis of composite materials based on ANSYS.

Keywords: Composite; ANSYS; failure criteria; finite element analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 复合材料概述 1

1.1.1 复合材料的发展和应用 1

1.1.2复合材料的定义和分类 1

1.2国内外研究现状 2

1.3选题的目的及意义 2

1.3.1目的 2

1.3.2意义 2

1.4本文的主要内容 3

1.5 本章小结 3

第2章 复合材料强度理论 4

2.1单层板的强度 4

2.1.1正交各向异性单层板的基本强度 4

2.1.2单层板的强度准则 4

2.1.3单层板强度的计算方法 5

2.2层合板的强度 6

2.2.1最先层失效理论 7

2.2.2末层失效理论 7

2.3本章小结 7

第3章 ANSYS在复合材料中的应用 9

3.1 有限元法 9

3.1.1有限元法的基本思想 9

3.1.2复合材料在有限元分析中的失效准则 9

3.2 复合材料在ANSYS中的分析应用 11

3.2.1 ANSYS软件简介 11

3.2.2 使用ANSYS分析复合材料强度时的注意事项 11

3.2.3 复合材料在ANSYS中的分析步骤 12

3.3 本章小结 13

第4章 基于ANSYS的复合材料强度的实例分析 14

4.1应用实例 14

4.2基于ANSYS的复合材料强度分析 14

4.3 本章小结 22

第5章 总结与展望 23

5.1总结 23

5.2展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 复合材料概述

1.1.1 复合材料的发展和应用

随着科学技术的快速发展，传统的钢铁和合金材料已经很难满足生产和社会发展的需要。同时，要想合成一种新型材料并使其能满足各种高要求的工业综合指标十分困难，并且从实验研究到工业的实际生产需要的周期非常长。复合材料具有比强度高、比模量大、耐腐蚀好等多种优异性能，同时，其具有灵活的可设计性，根据不同的使用领域和要求^[1]，可通过选择配比组分材料、铺层方式等材料设计手段，来提高复合材料的力、热、防腐等物理、化学性能，从而最大限度的满足工业设备的使用要求。现代复合材料^[2]总体经历了四个发展阶段，时至今日，复合材料的研究和发展越来越受到世界各国的重视和发展。

由于复合材料的良好性能能满足众多工业设备的要求，因此在许多领域都有着广泛的发展。主要应用领域有：1.航空航天领域：用于制造飞机机翼^[3]和机身，大型运载火箭的壳体等等；2.基础设备和建筑领域：复合材料比强度大、比模量高、重量轻、耐老化性好，因此可减轻房屋重量，有效延长建筑的使用寿命。目前，复合材料的桥梁，输变电塔等都已经在实际中获得应用；3.交通运输领域：如汽车车身，受力构件，轻轨车辆中的门、窗、座椅等，都可用复合材料制造。此外，复合材料在医学、体育、电子工业领域都有着广泛的发展。

1.1.2复合材料的定义和分类

复合材料^[4]是由两种或两种以上不同的材料通过某种工艺复合成的一种多相材料。确切地说，复合材料是由基体相、增强相和界面相三者组成。复合材料除了保持组成材料自身原有的一些优良性能以外，而且由于在复合时复杂的物理或化学原因，产生了一些新的优良特性。

常见的复合材料的分类方法有如下几种：

1. 按使用性能分类，可分为：

功能复合材料：常见的功能复合材料有很多，比如：阻尼复合材料、导电复合材料等。