三維機織復合材料的多尺度力學分析及疲勞性能研究.pdf

1、本論文的研究分為兩部分。第一部分采用多尺度的有限元方法研究了圓管狀二維機織復合材料的力學性能,第二部分對一種三維機織復合材料的疲勞剛度下降進行了試驗研究和細觀有限元模擬。
　　 第一部分:
　　 1.建立了圓管狀二維機織復合材料的微、細觀多尺度單胞模型,用微觀單胞描述了紗線束中纖維和基體兩相材料的1F均勻性；用細觀扇形單胞代表圓管中纖維束的細觀幾何。分別討論了微、細觀單胞滿足的周期性邊界條件,給出了單胞上平均應力、應變的

2、計算方法。用商用軟件多點約束法的方法實現(xiàn)了上述微,細觀單胞多軸荷載下的周期性邊界條件。
　　 2.用上述多尺度的單胞模型對一種圓管狀三維機織復合材料結(jié)構(gòu)進行了多尺度耦合分析。首先由微觀單胞計算山纖維束的平均彈性常數(shù)；再通過細觀單胞分析,得到材料的宏觀彈性常數(shù)。實現(xiàn)了由組分材料性能及編織參數(shù)預測圓管的宏觀彈性性能。隨后研究了復雜荷載下從大到小各尺度耦合的應力分析。對于圓管環(huán)向應力非周期分布的情況,建立了嵌入細觀單胞的環(huán)狀模型。

3、r>　　 第二部分:
　　 1.對一種三維機織復合材料分別進行了靜態(tài)拉伸及拉-拉疲勞性能試驗,得到了試驗性的初始剛度,靜強度和疲勞載荷下剩余剛度退化曲線,對試驗件疲勞損傷演化進行拍攝了,并對疲勞斷裂后的試驗件的微、細觀斷裂面進行了觀察,總結(jié)出材料的疲勞損傷機理。
　　 2.建立了上述三維機織復合材料疲勞損傷的有限元模型,對疲勞加載進行了模擬,研究了疲勞累積損傷下材料力學性能的退化模式,給出了材料的疲勞失效判斷準則和疲勞