三維機(jī)織復(fù)合材料的多尺度力學(xué)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(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能,第二部分對(duì)一種三維機(jī)織復(fù)合材料的疲勞剛度下降進(jìn)行了試驗(yàn)研究和細(xì)觀有限元模擬。
　　 第一部分:
　　 1.建立了圓管狀二維機(jī)織復(fù)合材料的微、細(xì)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(xì)觀扇形單胞代表圓管中纖維束的細(xì)觀幾何。分別討論了微、細(xì)觀單胞滿足的周期性邊界條件,給出了單胞上平均應(yīng)力、應(yīng)變的

2、計(jì)算方法。用商用軟件多點(diǎn)約束法的方法實(shí)現(xiàn)了上述微,細(xì)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(duì)一種圓管狀三維機(jī)織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多尺度耦合分析。首先由微觀單胞計(jì)算山纖維束的平均彈性常數(shù)；再通過細(xì)觀單胞分析,得到材料的宏觀彈性常數(shù)。實(shí)現(xiàn)了由組分材料性能及編織參數(shù)預(yù)測(cè)圓管的宏觀彈性性能。隨后研究了復(fù)雜荷載下從大到小各尺度耦合的應(yīng)力分析。對(duì)于圓管環(huán)向應(yīng)力非周期分布的情況,建立了嵌入細(xì)觀單胞的環(huán)狀模型。

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