涂層蜂窩結(jié)構(gòu)和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的均勻化方法有限元模擬.pdf

1、蜂窩材料作為一類(lèi)重要的多孔材料，由于其具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。但是由于傳統(tǒng)蜂窩材料自身結(jié)構(gòu)的局限性，使得蜂窩材料在應(yīng)用方面有著很大的局限性。為了打破這一局限性，本文將通過(guò)在蜂窩結(jié)構(gòu)表面添加涂層來(lái)改善傳統(tǒng)蜂窩多孔結(jié)構(gòu)材料的整體性能。然而由兩種或兩種以上的異質(zhì)材料所制成復(fù)合材料的性能不僅取決于各組分的結(jié)構(gòu)和性能，而且在相當(dāng)程度上受到界面性能的影響。由于在研究涂層蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)沒(méi)有考慮這種界面效應(yīng)，所以本文先探索性的研究了界面

2、性能對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料整體宏觀(guān)性能的影響。具體研究的內(nèi)容和結(jié)果包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)本文采用均勻化有限元方法，建立了三維(3D)代表體積單元(RVE)單胞模型，并進(jìn)行了用戶(hù)子程序代碼的編寫(xiě)。
　　(2)分別建立了正方形、三角形、圓形和正六邊形孔型的RVE模型。假定這幾種孔型的孔隙率保持一致，預(yù)測(cè)了它們的等效彈性性能參數(shù)。通過(guò)對(duì)這四種不同孔型結(jié)構(gòu)的蜂窩材料進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)正六邊形孔型的蜂窩結(jié)構(gòu)材料的面內(nèi)剪切性能最優(yōu)。

3、
　　(3)在正六邊形蜂窩多孔結(jié)構(gòu)材料的表面添加涂層，通過(guò)均勻化方法成功預(yù)測(cè)了其等效彈性性能參數(shù)，并與解析值進(jìn)行對(duì)比分析。數(shù)值與解析結(jié)果均表明：基于均勻化有限元模擬所得到的結(jié)果與解析公式所得到的數(shù)值相吻合。隨著涂層厚度的增加，面內(nèi)彈性模量以及軸向彈性模量均隨之增加；當(dāng)涂層厚度達(dá)到某一個(gè)數(shù)值時(shí)，其面內(nèi)和軸向等效模量會(huì)超過(guò)實(shí)體材料的模量。
　　(4)建立了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的均勻化三維RVE模型，在模型中分別采用了周期性或者均勻化

4、邊界條件。先模擬計(jì)算了單向纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料(FRCs)的宏觀(guān)等效彈性模量并與理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。同時(shí)引入內(nèi)聚力模型來(lái)分析在纖維與基體的不完美粘結(jié)的情況下界面性能對(duì)等效彈性常數(shù)和抗拉強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：完美粘結(jié)界面情況下，采用不同的邊界條件所計(jì)算的纖維增強(qiáng)陶瓷宏觀(guān)等效彈性模量與其理論結(jié)果相一致；與界面強(qiáng)度相比，界面剛度和斷裂能對(duì)復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度有顯著影響；復(fù)合材料的縱向抗拉強(qiáng)度幾乎獨(dú)立于界面性能，并且隨纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而急