合材料试件(其几何尺寸:200mm!30mm!5mm),一端全约束,另一端约束其Y、Z及3个方向的旋转自由度,并在X方向分别施加2100KN、900KN、1200KN的荷载。材料选用线弹性范围内正交各向异性材料,材料的弹性常数值:

Ex=9.6!10 Ey=1.29!10#.36 xy=0

Gxy=9.1!10

9

910

1=NfL(cos +

2

fLfTfL

fT

sin )+(

22

fLfLTfLfLT

sin2 )

2

1

2

>0

(3)

<0

2=NfL(sin +

2

cos )+(

22

sin2 )

2

1网格划分中,对孔边按每10 控制单元尺寸,以便后处理中提取所需要的孔边36个点的数值计算结果与随后的光弹性实验结果进行对比分析。其中00板数值模拟分析应力云纹图和光弹性实验条纹图分别如图1、2

所示。

3.2 光弹性实验

实验使用409-2型直射式光弹仪,实验材料采用环氧树脂辅以纤维增强材料(玻璃纤维)制成,模拟复合材料纤维的辅层方式,在选择玻纤时,尽可能使玻纤的折射率与环氧树脂的折射率相匹配,使其具有较好的透光性,便于在直射式光弹仪上分析研究。

图3 应力分析图

3 光弹性实验分析

3.1 孔边Sampson应力-光学定律的分析任取孔边一点A进行应力分析,研究单元体A,如图3所示。由于是单向受拉,且圆孔应力边界条件为0,故单元体沿圆孔边法线n上的应力为0,只存在沿圆孔切线 上的应力,即是单向应力状态式(2)可写为:

[6]

材料条纹值:FL=58.5!10N/m

FT=32.7!10N/m FLT=29.5!10N/m

实验中,使起偏镜与检偏镜的偏振轴相互垂直,呈现暗场,描出等差线条纹,并用钉压法测出孔的应力符号及零应力点,以完成整数级等差线的确定;小数级次等差线的确定,采用塔迪补偿法,以提高测量精度,图2为0 板孔边等差条纹实验图片。所测定的单层板孔边应力条纹等差条纹级数如表1所示。

60 5.54.21240 4.9

4.11.6

70 5.83.92.1250 5.23.72.5

80 5.23.32.7260 4.92.93.1

90 4.72.23.3270 4.5

1.83.3

10 4.91.23.5280 4.7

0.83.6

110 1210 130 4.40.63.6290 4.2

0.43.4

40.13300 3.9

0.22.8

2.32.1310

140 0.91320

150 2.60.2330

160

170

3

3

3

。因此

表1 00、300、900单层带孔板孔边等差条纹级数

角度

10

20

30

40

50 3.83.60.1230 3.3

3.70.4

条0 板-2-1.9-1.3-0.11.8纹

60 板-1.3-0.50.41.32.5级

数90 板-1.6-1.9-2.2-1.8-1.1角度

180

190

200

210

220 1.5

2.90.9

条0 板-2.2-2.4-2-0.3

纹60 板-1.2-0.30.51.7级

数90 板1.7-2-2.1-1.7

-1.2-2.2-2.4

-2.8-2.1-0.7-1.4340

350

-0.9-1.9

2.61.1-0.7-2-2.3

-0.7-1.8-2.4-2.5-2.11.8

0.9

-0.1-1.2-1.5

3.3 数值模拟分析与光弹性实验数据对比分析

在ANSYS数值模拟分析结果中按10 级差提取圆孔孔边主应力值,并将光弹性实验结果所得孔边等差条纹级数代入式(4),经计算可得相应的孔边主应

力值。将两组结果进行比较,可得到3种板的孔边应力-极角关系图,如图4所示。

将有限元数值模拟分析值与光弹性实验数据进行比较。利用单次测量的标准误差公式所计算的标准误差

[7]

大小来确定有限元数值分析的有效性:

S=

i

N

|v

i/x i|N

(4)

图4 应力-极角关系图

(下转第74页)

其中:vi=xi-x i,x i为实验值,N为测读点数。