三维编织复合材料力学性能测试的数值模拟

论文摘要

三维编织复合材料由于其固有的结构复杂性,使得目前人们对其力学性能的认识还不够成熟,导致在力学性能测试上存在问题。本文分析了三维编织复合材料力学性能测试过程中的影响因素,利用数值模拟的方法,分析了尺寸效应、加工误差、试件中纤维束的截断性和完整性对于三维编织复合材料力学性能的影响。通过改进的三细胞模型结合刚度平均化方法,计算了三维四向编织碳/环氧复合材料的有效模量。本方法预报值与实验值比较吻合。通过改变编织参数分析了不同宽度、厚度变化对于三维四向编织复合材料有效模量的影响。宽度变化对于E1 1影响较大,其他模量影响很小,当宽度大于一定值趋于稳定;而厚度的变化,对于复合材料不同弹性常数影响都很大,当厚度达到一定以后各个弹性常数的变化趋于稳定。针对三向正交编织复合材料,根据其细观结构,建立了三维分析模型,分析了加工误差对于三向正交编织复合材料力学性能的影响。通过有限元分析发现,在单向拉伸过程中,加工误差造成的结构不对称,导致非对称试件强度降低。针对四向斜编碳/碳复合材料,建立了细观分析模型,比较了纤维截断对于材料力学性能的影响。分析发现裁剪加工会破坏试件增强纤维的完整性,造成结构松散,使得材料基体承载变大,同时截断处有应力集中现象,从而削减了材料的强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 三维编织复合材料的预成型技术
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 三维编织复合材料力学性能测试过程中的影响因素
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 三维编织复合材料尺寸效应及试样形状选择
• 2.1 引言
• 2.2 试样尺寸对于三维编织复合材料力学性能的影响
• 2.2.1 三细胞模型
• 2.2.2 刚度平均化方法
• 2.2.3 结果及分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 加工误差对于三向正交编织复合材料力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 有限元方法
• 3.3 三向正交织物结构特点及问题的提出
• 3.4 对称形式试件单向拉伸状态下的数值模拟
• 3.4.1 对称形式试件的模型
• 3.4.2 结果及分析
• 3.5 非对称形式试件单向拉伸状态下的数值模拟
• 3.5.1 非对称形式试件的模型
• 3.5.2 结果及分析
• 3.6 完全不对称形式试件单向拉伸状态下的数值模拟
• 3.6.1 完全不对称形式试件的模型
• 3.6.2 结果及分析
• 3.7 不同形式试件失效原因分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 纤维截断对于多向编织复合材料力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 四向编织复合材料有限元模型
• 4.2.1 四向碳/碳模型的建立
• 4.2.2 四向碳/碳有限元模型的建立
• 4.2.3 材料属性及边界条件
• 4.2.4 结果及分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
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• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理
• 致谢