織物-粘性樹(shù)脂復(fù)合材料本構(gòu)行為研究.pdf

1、織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料由織物材料和未固化的粘性樹(shù)脂構(gòu)成。由于樹(shù)脂體系沒(méi)有固化，使其在承受剪切時(shí)，纖維束可以繞其交叉點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料具有純織物材料的剪切大變形特性。另一方面，織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料發(fā)生變形過(guò)程中，其中的未固化樹(shù)脂體系發(fā)生顯著流動(dòng)。因此，織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料又具有流體的流變特性。由于同時(shí)具有織物與流體特性，針對(duì)織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料應(yīng)建立其特有的本構(gòu)方程來(lái)描述其剪切大變形特性和流變特性。織物/粘性樹(shù)

2、脂復(fù)合材料的本構(gòu)研究涉及到織物力學(xué)，流體力學(xué)和非線性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)等多學(xué)科，因此對(duì)其本構(gòu)的研究具有重要的理論價(jià)值。
　　本文以預(yù)浸織物為研究對(duì)象，它由碳纖維平紋織物和預(yù)固化的環(huán)氧樹(shù)脂體系構(gòu)成，屬于織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料中的一種。通過(guò)像框剪切實(shí)驗(yàn)分析確定了預(yù)浸織物的剪切具有明顯的階段性，不同階段具有不同的剪切機(jī)理。根據(jù)剪切機(jī)理的不同，本文將預(yù)浸織物的剪切分為兩個(gè)階段：剪切階段和纖維束擠壓階段。兩個(gè)階段之間的分界點(diǎn)是織物鎖定角，利用所建

3、立的織物單胞模型確定了鎖定角的大小。
　　在剪切階段，利用流體力學(xué)方法，提出了織物/n階Rivlin-Ericksen粘性流體本構(gòu)泛函。通過(guò)選用不同階數(shù)的Rivlin-Ericksen流體可以給出織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料的線性與不同形式的非線性本構(gòu)方程。根據(jù)本構(gòu)泛函，本文給出了描述織物/粘性樹(shù)脂復(fù)合材料的織物/一階 R-E粘性流體非線性本構(gòu)方程的張量形式。本構(gòu)方程由結(jié)構(gòu)張量，變形率張量和十個(gè)粘性系數(shù)構(gòu)成，當(dāng)考慮到材料對(duì)稱性時(shí)，粘性系

4、數(shù)減少到六個(gè)。將預(yù)浸織物看作二維薄板，假設(shè)材料不可壓縮和纖維束方向不可伸長(zhǎng)，結(jié)合像框?qū)嶒?yàn)分析，給出了預(yù)浸織物的本構(gòu)方程分量的具體表達(dá)式。
　　在纖維束擠壓階段，將預(yù)浸織物看作是由預(yù)浸紗線直接編織而成的一類(lèi)特殊織物，利用織物力學(xué)方法研究了這一階段預(yù)浸織物的剪切行為，選取變形擠壓后的織物胞元為研究對(duì)象，通過(guò)力矩平衡，建立了載荷與剪切角變化率之間的預(yù)測(cè)公式。根據(jù)本構(gòu)原理與功共軛原理，采用第二 Piola-Kirchhoff應(yīng)力張量與Gr

5、een應(yīng)變率張量建立了纖維束擠壓階段的斜交本構(gòu)方程。本構(gòu)方程中，仍然采用預(yù)浸織物不可壓縮以及纖維束方向不可伸長(zhǎng)假設(shè)，將預(yù)浸織物看作薄板材料，給出了擠壓階段預(yù)浸織物的本構(gòu)方程分量的具體表達(dá)式。
　　利用像框?qū)嶒?yàn)結(jié)果，給出了兩個(gè)不同階段粘性系數(shù)和剛度矩陣系數(shù)的表達(dá)式。假設(shè)在像框?qū)嶒?yàn)中，外力所做的功完全轉(zhuǎn)化為預(yù)浸織物的應(yīng)力能，忽略其他形式的能量損失，利用功率平衡方程驗(yàn)證了剪切階段與纖維束擠壓階段本構(gòu)方程的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果對(duì)比顯