基于多尺度方法的机织复合材料压力管道失效研究

发布时间：2023-04-10 04:05

　　复合材料压力管道由于具有较高的刚度以及强度、失效时安全系数高、抗腐蚀性能好等诸多优点已被广泛应用于如石油设备、排水工程、工业防腐等。当前对复合材料压力管道成型和制造主要采用纤维缠绕制造工艺。尽管纤维缠绕压力管道能一定程度上的提高复合材料压力管道的承载能力,但是纤维缠绕压力管道本质上是层合板结构,当其受到载荷作用时,层与层之间的结合仅靠基体粘结,层间结合强度和剪切强度较差,使得纤维和基体界面之间结合不够理想,易导致分离分层等多种失效方式。考虑到当前复合材料的制造工艺和各种材料之间的优缺点,为了克服纤维缠绕压力管道存在的以上诸多力学性能缺陷,本文将三维正交机织技术应用到复合材料压力管道的结构设计中,设计了一种机织复合材料压力管道,与传统的纤维缠绕压力管道相比,机织复合材料压力管道的复合材料层在细观和宏观等方面具有较大区别,全文主要的内容分为以下几点:(1)基于三维正交机织技术,详细的分析了机织复合材料压力管道复合材料层中纱线的走向和弯曲程度,基于机织预制体的细观结构,建立了机织复合材料压力管道的整体几何模型和代表性体积单元几何模型。通过复合材料细观力学和弹性性能分析对机织复合材料宏观性能进...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 复合材料压力管道研究现状
        1.2.2 机织复合材料研究现状
    1.3 目前研究存在的问题
    1.4 本文研究的主要内容
第2章 机织复合材料压力管道结构分析
    2.1 引言
    2.2 三维机织复合材料工艺和结构分析
    2.3 机织复合材料压力管道实体建模
        2.3.1 模型建立
        2.3.2 纤维体积含量
    2.4 机织复合材料压力管道复合材料层弹性性能分析
        2.4.1 基本假设
        2.4.2 细观力学分析
        2.4.3 坐标转换
    2.5 数值算例与分析
    2.6 本章小结
第3章 机织复合材料压力管道复合材料层多尺度分析
    3.1 引言
    3.2 多尺度分析的过程
        3.2.1 位移场展开
        3.2.2 细观结构基本方程
        3.2.3 细观结构的有效性能
        3.2.4 变分形式
        3.2.5 有限元求解
    3.3 数值结果和分析
        3.3.1 实体建模和有限元模型建立
        3.3.2 边界条件
        3.3.3 多尺度分析的有效性
        3.3.4 结果分析
    3.4 本章小结
第4章 机织复合材料压力管道复合材料层失效分析
    4.1 引言
    4.2 复合材料损伤分析
        4.2.1 复合材料损伤形式和特点
        4.2.2 复合材料失效准则
        4.2.3 刚度属性退化准则
    4.3 复合材料层失效模拟
        4.3.1 复合材料层几何模型建立
        4.3.2 单元类型和材料属性
        4.3.3 网格生成
        4.3.4 边界条件和载荷施加
        4.3.5 复合材料层失效结果分析
    4.4 本章小结
第5章 结论和展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间主要科研成果



本文编号：3788293