论文题目: 三维角联锁结构复合材料的力学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 纺织工程
作者: 杨彩云
导师: 李嘉禄
关键词: 三维角联锁结构复合材料,力学性能,几何分析模型,力学分析模型,预制件设计参数,等效工程弹性常数预测系统
文献来源: 天津工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文深入、系统地对三维角联锁结构复合材料的力学性能进行了实验研究,并采用纺织复合材料力学分析方法对其等效工程弹性常数进行了理论预测。在深入研究三维角联锁组织结构的基础上,首次给出了三维角联锁组织结构演变规律,并根据给定参数后的确定性与否分为正则角联锁结构和变则角联锁结构,其中,常用的正则角联锁结构可以分为12种。采用T700 12K碳纤维在本研究所自制的设备上织造出了正交角联锁结构、带衬纬的正交角联锁结构、带衬经的正交角联锁结构、带衬经和衬纬正交角联锁结构等四种不同结构的三维角联锁结构预制件,并采用树脂传递模塑法在本研究所制成树脂基复合材料。在深入细致地观察、分析复合材料的细观结构的基础上,确认三维角联锁结构复合材料中纬纱横截面实际形态近似为凸透镜形,而经纱近似为矩形,衬经纱、衬纬纱、纬纱在复合材料中基本呈直线状态,接结经纱可视为由两部分组成:直线段(带衬纬的结构中直线段略有弯曲)和紧密包附在纬纱表面的圆弧段,在此基础上,建立了全新的三维角联锁结构复合材料几何分析模型。在日本岛津(SHXMADZU)的AG-250KNE型万能材料试验机以及自行设计、配套的电阻应变测量系统上系统地测试了四种不同角联锁结构复合材料沿五种偏轴角0°、30°、45°、60°、90°的拉伸、压缩、弯曲性能。首次推导出了三维角联锁结构复合材料的设计参数与等效工程弹性常数预测公式之间的关系。运用纺织复合材料力学分析理论,建立了五种力学分析模型,又基于纤维取向平均原理,编制了三维角联锁结构复合材料的等效工程弹性常数预测软件。通过对实验数据的研究、分析本文确认:本研究中四种结构的三维角联锁结构复合材料的力学性能存在明显的正交各向异性;衬纱对三维角联锁结构复合材料的强度和模量贡献较大,尤其是当作用力沿着衬纱方向时,衬纱的作用尤为明显。通过将等效工程弹性常数的理论预测结果与实测结果进行研究、对比本文确认:本文编制的三维角联锁结构复合材料等效工程弹性常数预测系统真实、可靠、实用;其中以等应变力学分析模型最接近实测值。理论预测值与实测值之间总体趋势基本吻合。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 三维角联锁预制件的细观结构及其复合材料的力学性能研究进展及存在的问题
1.2.1 三维角联锁预制件的细观结构研究
1.2.3 三维角联锁结构复合材料的力学性能研究
1.3 本文所要做的主要工作和要解决的主要问题
1.4 本研究的创新之处
第二章 三维角联锁预制件的组织结构
2.1 三维角联锁预制件的分类
2.1.1 按构成预制件的原料分
2.1.2 按织物组织结构分
2.1.3 按构成角联锁结构的原组织分
2.1.4 按织物组织结构的确定性分
2.2 三维角联锁预制件的组织结构参数
2.3 三维角联锁预制件的设计参数
第三章 三维角联锁结构复合材料的细观结构和几何分析模型
3.1 三维角联锁结构复合材料细观结构的实验结果
3.2 三维角联锁结构复合材料的几何分析模型
3.2.1 正交角联锁结构
3.2.2 带衬经的正交角联锁结构
3.2.3 带衬纬的正交角联锁结构
3.2.4 带衬经和衬纬的正交角联锁结构
3.3 几何分析模型参数与设计参数之间的关系
第四章 三维角联锁结构复合材料的等效刚度及其工程弹性常数
4.1 分析方法与基本假设
4.2 单向复合材料刚度与柔度矩阵
4.2.1 刚度与柔度矩阵
4.2.2 刚度与柔度系数
4.2.2.1 纤维束的工程弹性常数
4.2.2.2 纤维束的刚度矩阵
4.2.2.4 应力、应变转换矩阵
4.3 角联锁复合材料中各组分的刚度/柔度矩阵
4.3.1 树脂基体刚度/柔度矩阵
4.3.2 衬经纱刚度/柔度矩阵
4.3.3 纬纱刚度/柔度矩阵
4.3.4 接结经纱的平均刚度/柔度矩阵
4.4 三维角联锁结构复合材料的等效刚度/柔度矩阵及其工程弹性常数
4.4.1 各个模型的应力-应变关系模型
4.1.1.1 模型(A)
4.4.1.2 模型(B)
4.4.1.3 模型(C)
4.4.1.4 模型(D)
4.4.1.5 模型(E)
4.4.2 三维角联锁结构复合材料的等效刚度及其工程弹性常数
4.5 三维角联锁结构复合材料的偏轴工程弹性常数
第五章 三维角联锁结构复合材料力学性能测试准备
5.1 试验准备
5.1.1 力学性能测试的目的
5.1.2 力学性能测试的方案
5.1.2.1 试片种类及结构参数
5.1.2.2 方案设计及内容
5.1.3 三维角联锁结构复合材料的试片制备
5.1.3.1 原材料基本性能数据
5.1.3.1.1 树脂基体
5.1.3.1.2 纤维
5.1.3.1.3 纤维束
5.1.3.2 三维角联锁预制件的织造
5.1.3.3 三维角联锁结构复合材料的试片参数
5.1.3.4 力学性能测试试样的制备
5.2 力学实验方法
5.2.1 实验设备
5.2.2 实验方法
第六章 三维角联锁结构复合材料力学性能测试结果与分析
6.1 测试结果
6.1.1 拉伸性能测试结果
6.1.2 弯曲性能测试结果
6.1.3 压缩性能测试结果
6.2 测试结果分析
6.2.1 相同结构不同方向的力学性能分析
6.2.2 不同结构同一方向的力学性能分析
6.2.2.1 No.1-No.4号复合材料拉伸强度比较
6.2.2.2 No.1-No.4号复合材料拉伸模量比较
6.2.2.3 No.1-No.4复合材料压缩强度和压缩模量比较
6.2.2.4 No.1-No.4复合材料弯曲强度和弯曲模量比较
第七章 三维角联锁结构复合材料各个方向的等效工程弹性常数预测系统
7.1 软件模块图
7.1.1 输入参数
7.1.2 选择织物结构
7.1.3 指定观察角度
7.1.4 选择微胞的组合模型
7.2 预测结果
7.3 分析、讨论
7.3.1 几何模型中的直线段LD
7.3.2 表面单元体、内部单元体
7.3.3 凸透镜的A_F
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
发布时间: 2008-12-04
参考文献
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