纤维增强复合材料界面力学性能的细观力学有限元分析

论文摘要

纤维增强树脂基复合材料在当今国民经济和国防建设中日益显示出竞争优势,深入研究界面层性质、界面粘结细观特征对宏观力学性能的影响规律,是获取高性能复合材料的关键。本论文在以下方面进行研究:1、分析纤维拉拔过程中纤维完全粘结、粘结滑移以及完全脱粘时的界面正应力、剪应力大小,给出纤维脱粘、断裂判据。2、利用非线性有限元软件ANSYS,建立纤维拉拔过程力学模型,分别讨论纤维埋入深度和基体包裹厚度不同时,纤维/基体界面的剪应力、轴向应力和径向应力的变化规律。3、以玻璃纤维增强复合材料顶网为例,考虑几何非线性因素,分析顶网的应力及其变形。得到如下结论:1、随着纤维埋入深度和基体包裹厚度的增加,第一主应力和剪应力值逐渐下降,其分布趋势大致相同,最大值发生在纤维入口处的基体上。随着纤维埋入深度和基体包裹厚度的增加,纤维刚体位移减小。2、随着纤维埋入深度和基体包裹厚度的增加,界面剪应力、轴向应力和径向应力值逐渐下降,在纤维入口处出现应力集中。3、在面载荷作用下,顶网等效应力最大值发生在锚杆支点附近,最大位移在顶网中部的位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料概论
• 1.1.1 复合材料的定义与分类
• 1.1.2 复合材料的应用
• 1.1.3 复合材料性能的影响因素
• 1.2 复合材料细观力学
• 1.2.1 分析法
• 1.2.2 细观力学有限元法
• 1.2.3 代表体元模型
• 1.2.4 国内外研究现状
• 1.3 复合材料的界面问题
• 1.3.1 界面的研究现状
• 1.3.2 界面的力学模型
• 1.4 论文研究的内容及意义
• 1.4.1 课题提出的背景
• 1.4.2 本论文研究的内容
• 第二章 纤维拉拔力学模型与理论分析
• 2.1 粘结机理分析
• 2.2 纤维拉拔的理论分析
• 2.2.1 纤维脱粘过程的力学分析
• 2.2.2 纤维脱粘过程的计算
• 2.3 纤维段断裂判据和界面脱粘判据
• 2.4 本章小结
• 第三章 玻璃纤维/树脂基体的界面应力传递机理的数值分析
• 3.1 有限元软件ANSYS 简介
• 3.2 玻璃纤维/树脂基的有限元接触模型分析
• 3.2.1 单元类型
• 3.2.2 Cox 的剪滞模型
• 3.2.3 有限元模型的建立
• 3.3 有限元结果分析
• 3.3.1 纤维埋入深度变化的影响
• 3.3.2 基体包裹厚度变化的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 纤维复合材料顶网数值模拟
• 4.1 几何非线性分析理论
• 4.1.1 非线性有限元问题的一般求解方法
• 4.1.2 非线性分析中的收敛问题及其处理方法
• 4.2 复合材料顶网有限元分析
• 4.2.1 顶网模型
• 4.3.2 结果分析
• 4.2.3 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 个人简介