2.5维机织复合材料疲劳性能分析与试验研究

发布时间：2017-10-11 07:04

  本文关键词：2.5维机织复合材料疲劳性能分析与试验研究

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【摘要】：2.5维机织复合材料作为复合材料的一个重要分支,近年来在航空航天、医疗器械等领域获得了较为广泛的应用。它与传统层板的最大区别在于其层与层之间存在着纤维之间的相互搭接,使得其层间性能大大增强,并且具有较好的抗冲击能力。在2.5维机织复合材料的设计、使用过程中,疲劳问题是需要考虑的重要因素。因此,对其疲劳性能进行深入研究具有十分重要的工程意义与理论价值。本文简要分析了2.5维机织复合材料的细观构造形式,确定了主要参数的求解方法,并以此建立了2.5维机织复合材料的单胞模型。将局部单元刚度矩阵通过坐标转换,根据纤维体积含量加权平均获得总体刚度矩阵,并以此算法为核心编写了可视化VB程序计算2.5维机织复合材料的刚度。此外,对单胞模型采取以周期性边界条件为基础的有限元方法,在给定应变下计算单元的平均应力,并根据弹性材料的本构方程获得2.5维机织复合材料的刚度。在给定参数下对上述两种方法的计算结果进行了对比分析。以代表性体积单元法为基础,对2.5维机织复合材料进行整体建模。利用由Tsai-Hill静强度失效准则推广而来的疲劳失效准则对单元是否失效进行判定,采用基于疲劳损伤因子定义的剩余强度、剩余刚度模型来模拟2.5维机织复合材料的疲劳损伤过程,并给出算例进行了分析。以2.5维机织复合材料整体结构为研究对象,将其视为经纱层和纬纱层组合而成的复合材料。在其经纱层和纬纱层静力分析的基础上,分析了疲劳加载过程中二者的刚度退化导致的应力重新分配的方法。基于单向板偏轴疲劳寿命预测方法,采用线性累积损伤Miner理论提出了2.5维机织复合材料的疲劳寿命预测方法。分别采用手糊和RTM工艺对单向板复合材料及2.5维机织复合材料进行成型并加工成标准试验件,对试样进行了静强度和疲劳性能测试,并将试验结果与预测模型进行了比较。结果表明,线性累积损伤Miner理论预测寿命与试验值保持3倍误差范围内,说明该预测方法可用于2.5维机织复合材料的疲劳寿命预测。
【关键词】：2.5维机织复合材料 单胞 有限元模拟 疲劳寿命 RTM工艺
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 2.5 维机织复合材料研究现状11-13
• 1.2.1 2.5 维机织复合材料的织造方法与成型工艺11-12
• 1.2.2 2.5 维机织复合材料几何模型12
• 1.2.3 2.5 维机织复合材料力学性能12-13
• 1.3 复合材料疲劳国内外研究现状13-17
• 1.3.1 复合材料疲劳破坏机理13-14
• 1.3.2 复合材料疲劳的研究方法14-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 第二章 2.5 机织复合材料细观结构及有限元分析19-31
• 2.1 2.5 维机织复合材料几何构型19-22
• 2.1.1 织造形式19-20
• 2.1.2 细观几何结构20-22
• 2.2 工程弹性常数22-30
• 2.2.1 解析法22-25
• 2.2.2 基于单胞的有限元方法25-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 2.5 维机织复合材料疲劳性能的有限元模拟31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 复合材料疲劳加载的力学性能退化31-35
• 3.2.1 静强度失效准则31-32
• 3.2.2 疲劳强度失效准则32-33
• 3.2.3 疲劳加载引起的缓慢退化33-34
• 3.2.4 疲劳加载引起的突然退化34-35
• 3.3 整体有限元分析方法35-36
• 3.4 算例分析36-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 2.5 维机织复合材料疲劳寿命预测41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 静力分析41
• 4.3 疲劳寿命预测方法41-45
• 4.3.1 单向板疲劳寿命预测方法42-43
• 4.3.2 疲劳损伤累积理论43-44
• 4.3.3 2.5 维机织复合材料寿命预测方法44-45
• 4.4 模型验证45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 2.5 维机织复合材料实验研究47-57
• 5.1 2.5 维机织复合材料的制备47-50
• 5.1.1 单向板成型工艺47
• 5.1.2 2.5 维机织复合材料成型工艺47-50
• 5.2 准静态拉伸试验50-54
• 5.2.1 试验件制备50-52
• 5.2.2 试验仪器和设备52-53
• 5.2.3 准静态拉伸试验过程53-54
• 5.3 拉-拉疲劳试验54-56
• 5.3.1 试验仪器和设备54
• 5.3.2 拉-拉疲劳试验过程54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 总结和展望57-59
• 6.1 全文总结57-58
• 6.2 工作展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：1011122