三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲疲勞損傷模型有限元計(jì)算.pdf

1、層層接結(jié)三維角聯(lián)鎖機(jī)織物中每根經(jīng)紗將兩層或兩層以上緯紗捆綁在一起，且每層中相鄰的兩根經(jīng)紗的屈曲狀態(tài)相反，材料整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗分層能力強(qiáng)。復(fù)合材料構(gòu)件在使用過(guò)程中會(huì)由于應(yīng)力和環(huán)境因素造成損傷破壞，疲勞損傷是其主要破壞形式之一。本文結(jié)合三點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)和有限元分析研究一種層層接結(jié)三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料在三點(diǎn)彎曲循環(huán)應(yīng)力加載下的疲勞性能。
　　 本課題的主要研究思路如下:
　　 (1)對(duì)三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料進(jìn)行三點(diǎn)彎曲準(zhǔn)靜態(tài)

2、實(shí)驗(yàn)，得到材料的彎曲模量，失效應(yīng)力和撓度。在60％、65％、70％、75％及80％的應(yīng)力水平下對(duì)材料施加正弦波形式的循環(huán)載荷，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)，得到材料的疲勞壽命(S-N)曲線(xiàn)和材料破壞形態(tài)。
　　 (2)結(jié)合課題研究目標(biāo)，選擇合適的方法利用商用有限元分析軟件ABAQUS建立三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)幾何模型。
　　 (3)對(duì)細(xì)觀結(jié)構(gòu)幾何模型設(shè)置材料屬性和相關(guān)邊界條件，施加循環(huán)載荷，計(jì)算得到模型的應(yīng)力分布及破壞區(qū)

3、域，獲得材料剛度降解結(jié)果。特別地在紗線(xiàn)與樹(shù)脂的界面上設(shè)定初始裂紋，模擬裂紋擴(kuò)展路徑。
　　 (4)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元結(jié)果相比較，分析三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲疲勞損傷動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
　　 在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元分析方法，得出以下結(jié)論:
　　 (1)準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)所得試件的彎曲模量（Eb）、失效應(yīng)力(σuh)和撓度（fult）分別為19.51GPa，160.75MPa和8.89mm。從三點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)的S-

4、N曲線(xiàn)可以看出試件疲勞壽命隨著應(yīng)力水平的上升而下降。
　　 (2)通過(guò)有限元模擬可以看出整個(gè)材料的應(yīng)力分布情況，即頂層和底層承受載荷較大，中間層承受載荷最小。
　　 (3)有限元分析結(jié)果顯示，三維角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料的主要破壞模式是紗線(xiàn)斷裂，主要出現(xiàn)在經(jīng)紗上且主要集中于經(jīng)紗屈曲起伏的最大曲率區(qū)域，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
　　 (4)有限元分析得出的剛度降解曲線(xiàn)與實(shí)驗(yàn)得出的曲線(xiàn)有相同的變化趨勢(shì)，但是有限元?jiǎng)偠戎当葘?shí)驗(yàn)結(jié)果