碳纖維編織物各向異性超彈性本構(gòu)建模及成形仿真研究.pdf

1、碳纖維編織物是一種高性能的編織復(fù)合材料增強體，其具有比強度比模量高、耐高溫耐腐蝕、可設(shè)計性強和抗疲勞性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航天航空、國防軍工和風(fēng)能發(fā)電等領(lǐng)域。在此背景下，深入研究碳纖維編織物的沖壓成形力學(xué)行為具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文采用理論分析、實驗研究和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，圍繞力學(xué)本構(gòu)和成形仿真對碳纖維編織物的沖壓成形展開系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）基于宏觀力學(xué)理論，對平紋碳纖維編織物進行了單

2、軸拉伸、雙軸拉伸、偏軸拉伸和鏡框剪切試驗。試驗結(jié)果表明：碳纖維編織物具有高度的非線性和各向異性力學(xué)特性，同時具有雙拉耦合效應(yīng)，即經(jīng)線（緯線）方向的力學(xué)行為會影響緯線（經(jīng)線）方向的力學(xué)行為。
　?。?）基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，提出了一種考慮雙拉耦合作用的復(fù)合材料編織物各向異性超彈性本構(gòu)模型。該模型中單位體積的應(yīng)變能被解耦為便于參數(shù)識別的纖維拉伸變形能、雙拉耦合效應(yīng)引起的擠壓變形能和纖維間角度變化產(chǎn)生的剪切變形能三部分。給出了模型參數(shù)的

3、確定方法，并通過擬合單軸拉伸、雙軸拉伸和鏡框剪切試驗數(shù)據(jù)，得到了本構(gòu)模型參數(shù)。
　　（3）基于ABAQUS/Standard模塊，利用Fortran語言編寫了一套用戶自定義材料子程序 UANISOHYPER_INV。采用該模型對國際標(biāo)準(zhǔn)試題雙球沖壓成形進行了數(shù)值仿真，并將模擬結(jié)果和未考慮纖維雙拉耦合模型的模擬結(jié)果分別與實驗結(jié)果對比分析，驗證了所提出的各向異性超彈性模型能更好地表征復(fù)合材料編織物在成形過程中由于大變形所引起的非線性和