ABAQUS复合材料模拟身管超高压加载试验系统设计(2)
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.2.1 复合材料在火炮身管上的应用现状和发展趋势[1]
1.2.2 测试技术在火炮研究中的应用现状和发展趋势
1.3 本文的主要工作
作者通过对复合材料身管、高压试验、测试技术以及相关软件的学习，整理出一套设计超高压加载试验系统的思路，再对复合材料模拟身管进行加载试验，借由测试系统的数据采集设备，获取相关数据，构建有限元模型，从而得到身管的应力应变情况，旨在为获取复合材料模拟身管的强度特性提供条件，也进一步提高了复合材料在火炮身管上的应用潜能。
本文的研究内容主要包括下面几个方面：
（1）超高压加载试验系统的设计。
这是本课题的核心内容，测试系统的基本组成包括传感器、信号调理、数据采集设备等方面，逐一设计各个部件。由方案设计到结构设计，再到系统的实现有序进行。设计的核心内容是如何对复合材料身管产生超高压加载的效果，为了产生这样一个类似于火炮发射时火药燃气的效果，需要设计的是一个超高压容器，将模拟身管置于这样一个设备之中，就能对其进行超高压加载。
（2）复合材料模拟身管的强度特性分析。
学习并利用软件ABAQUS的仿真技术，在此基础上进行这一步骤。这一部分内容是超高压加载试验后的后续分析计算，即是这个设计的目的所在，为强度特性分析提供条件。其内容包括，根据各向异性材料力学，建立复合材料身管结构力学模型，推断出复合材料界面应力应变计算方法，通过计算得到复合材料身管应力应变，再采用复合材料强度判断准则进行对其进行强度校核，在理论模型的基础上，利用三文有限元分析方法，建立复合材料模拟身管的有限元模型，进行复合材料身管的强度分析。
2 复合材料基本理论
2.1 复合材料本构关系[4]
2.1.1 复合材料广义虎克定律
用于各向异性材料的广义虎克定律，是一个线性的应力-应变关系，采用矩阵乘法的表达方式： 或者 。这是各向异性线弹性材料虎克定律的最一般形式，完全描述要有36个分量或常数，这种材料不具对称性，也称作三斜轴材料。把矩阵模式解开即为：
（2.2.1）
根据能量理论，刚度矩阵式具有对称性（互换性）， ，36个常数中独立的常数其实只有21个。
由于材料对称性的存在会减少常数的数目，小于21个。假如材料时正交异性的，即材料有三个正交的对称平面，那么独立常数就只剩下9个，如果对称平面分别与参考坐标系重合，其刚度矩阵为：
(2.2.2)
横向同性材料是材料对称性的此一级别，是一种很重要的各向异性材料的对称性，它常常用来描述各向异性纤文和单向复合材料的弹性常数，此两种情形中，各向同性平面都垂直于纤文轴。由横向同性可知式2.2.2中： ，利用这四个关系式，将正交异性材料的9个独立常数减少到横向同性的5个，得到横向同性材料的刚度矩阵：
（2.2.3）
2.1.2 复合材料工程常数
用工程常数表示正交异性材料（式2.2.2）的刚度：
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