含随机缺陷三维编织复合材料有效性能研究

论文摘要

三维编织复合材料具有比普通层合板复合材料更为优良的力学性能，如抗剪切和抗损伤等。自产生以来在国防领域和社会生活中得到非常广泛的应用，应用的广泛促进了各国的研究人员投入大量精力去研究三维编织复合材料。尽管如此三维编织复合材料还有很多问题值得研究。本文针对一种三维编织复合材料提取该材料的单胞模型，建立有限元模型，应用基于非均匀单元有限元法计算了该单胞的有效力学性能。本文研究了一种含随机缺陷的三维编织材料的有效力学性能。本文首先提取了该三维编织复合材料的单胞模型，并采用基于非均匀单元的有限元方法计算了该材料单胞的模量和泊松比等有效力学性能参数，并与用相同方法得出的不含缺陷情况的编织材料的有效力学性能进行了比较。结果表明，本文采用的方法对于具有复杂材料分布特征且含有缺陷的三维编织复合材料的力学性能分析非常有效。数值计算结果说明，三维编织材料中的缺陷使得材料整体的力学属性有一定的降低，但是缺陷对各有效力学属性分量的影响程度不同。本文还研究三维编织复合材料组分材料的随机性对整体材料有效力学性能的影响，按照实验的统计结果对组分材料的材料属性进行随机取样，计算各个样本的整体材料的有效力学性能，研究它们的规律。对于孔隙的随机性，本文在缺陷体积分数不变的情况下，研究考察了孔隙缺陷随机性对整体材料有效力学性能的影响。这两部分都是对三维编织材料随机性敏感性的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 三维编织复合材料有效力学性能理论研究
• 1.2.2 三维编织复合材料试验研究
• 1.2.3 三维编织复合材料有限元研究
• 1.2.4 三维编织复合材料强度理论研究
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 基于非均匀单元的有限元法
• 2.1 引言
• 2.2 非均匀单元的理论推导
• 2.2.1 应变应力变换矩阵
• 2.2.2 积分点处的实际弹性材料属性
• 2.2.3 单元刚度矩阵和单元节点载荷矩阵
• 2.3 本章小节
• 第3章 单胞模型建立及有限元实现
• 3.1 三维编织复合材料几何单胞模型建立
• 3.1.1 三维编织复合材料结构形貌
• 3.1.2 三维编织复合材料单胞模型提取
• 3.2 单胞有限元模型
• 3.3 有限元数值计算
• 3.3.1 三维编织复合材料单胞有限元计算方案及计算流程
• 3.3.2 计算中随机分布缺陷的模拟
• 3.4 本章小节
• 第4章 有效力学属性计算
• 4.1 有效力学属性计算方法及方案
• 4.1.1 有效力学属性计算方法
• 4.1.2 有效力学属性计算方案
• 4.2 有效力学属性各个分量的计算
• 4.2.1 单胞X 方向单向拉伸情况
• 4.2.2 单胞Z 方向单向拉伸情况
• 4.2.3 Z X 面内剪切情况分析
• 4.3 有效力学属性结果汇总以及不含缺陷的结果对比
• 4.4 本章小节
• 第5章 有效力学属性随机敏感性研究
• 5.1 三维编织复合材料组份材料属性随机性影响
• 5.1.1 纤维束材料属性的随机性对材料整体的影响
• 5.1.2 基体材料属性的随机性对材料整体的影响
• 5.1.3 界面层材料属性的随机性对材料整体的影响
• 5.1.4 各组分材料同时随机变化对整体材料属性的影响
• 5.2 孔隙的随机性对材料整体的影响
• 5.2.1 孔隙直径均值变化
• 5.2.2 直径标准差变化
• 5.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢