纤维树脂复合材料的正向设计及其性能研究

发布时间：2018-03-18 09:27

  本文选题：纤维增强复合材料　切入点：有限元分析　出处：《吉林大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：纤维增强复合材料是将纤维作为增强相,树脂作为基体复合而成的一种材料。与传统的金属材料相比,具有比强度大、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好等优点,尤其是具有很强的可设计性。本文运用Hyper Mesh分别建立了单向纤维增强复合材料、2D编织纤维增强复合材料和3D编织纤维增强复合材料模型,并通过改变纤维体积分数、纤维种类以及进行混杂、混层和混编设计,探寻了纤维体积分数、纤维种类、混杂纤维、混编纤维、以及混层纤维对复合材料性能的影响规律,并实验制备了2D编织纤维增强复合材料板,主要研究结果如下所示:(1)纤维体积分数的影响:随着纤维体积分数的增加,单向纤维增强复合材料应力分布未发生明显变化,其最大应力分布在纤维与树脂交界处的纤维中,最小应力分布在树脂基体中;各个方向上的弹性模量和各个平面内的剪切模量,随着纤维体积分数的增加而增加,并且有限元分析结果与理论解析结果相符。(2)纤维种类的影响:开展了关于碳纤维、玄武岩纤维、S2玻璃纤维、E玻纤等不同种类纤维树脂复合材料的性能研究,碳纤维增强复合材料的最大应力值为最大,反映出其具有更好的力学性能。计算结果表明对于单向纤维增强复合材料,纤维种类不同,沿纤维纵向上的弹性模量大小比较为:碳纤维玄武岩纤维S2玻璃纤维E玻纤,而三个平面的内的剪切模量大小比较为:玄武岩纤维S2玻璃纤维E玻纤碳纤维。对于2D和3D编织纤维增强复合材料,沿纤维束纵向上的弹性模量:碳纤维玄武岩纤维S2玻璃纤维,有限元分析结果与理论解析结果相符。(3)混杂/混编/混层纤维的影响:基于碳纤维的混杂/混编/混层纤维增强复合材料的最大应力值为最大,反映出其较基于其他种类的混杂/混编/混层纤维增强复合材料具有更好的力学性能。对于单向纤维增强复合材料,沿纤维纵向上的弹性模量大小比较为:碳纤维玄武岩纤维+碳纤维S2玻纤+碳纤维E玻纤+碳纤维玄武岩纤维玄武岩纤维+S2玻纤S2玻纤玄武岩纤维+E玻纤E玻纤+S2玻纤E玻纤,单向碳纤维增强复合材料的弹性模量为188.110GPa,分别比玄武岩、S2玻纤、E玻纤与碳纤维复合而成的混杂复合材料大28%、29%和36%,yz平面内的剪切模量Gy z的大小比较为:玄武岩纤维S2玻纤+玄武岩纤维S2玻纤玄武岩纤维+E玻纤E玻纤+S2玻纤碳纤维+玄武岩纤维S2玻纤+碳纤维E玻纤E玻纤+碳纤维碳纤维。对于2D编织纤维增强复合材料,沿纤维束纵向上的弹性模量大小为:碳纤维碳纤维+玄武岩纤维碳纤维+S2玻纤玄武岩纤维S2玻纤玄武岩+S2玻纤,碳纤维材料加入使玄武岩纤维和S2玻纤所形成的2D编织复合材料的沿x方向的弹性性能分别增加了33.7%和36.5%,减重达到50%以上。实验测试得到的结果与有限元分析结果一致。对于3D编织纤维增强复合材料,当沿纤维束纵向上纤维种类为S2玻璃纤维时,弹性模量的大小比较为:S2玻纤+碳纤维S2玻纤+玄武岩纤维S2玻璃纤维;当沿纤维束纵向上纤维种类为玄武岩纤维时,弹性模量的大小比较为:玄武岩纤维+碳纤维玄武岩纤维玄武岩纤维+S2玻璃纤维;当沿纤维束纵向上纤维种类为碳纤维时,弹性模量的大小比较为:碳纤维碳纤维+玄武岩纤维碳纤维+S2玻璃纤维,碳纤维的加入可使玄武岩纤维和S2玻璃纤维复合材料的弹性模量分别提高2.13倍和2.23倍。通过以上研究结果对复合材料的设计和应用具有指导和借鉴意义,根据实际需求可设计适合的纤维增强复合材料,满足力学性能要求的前提下,降低成本。
[Abstract]:Fiber reinforced composite material is fiber as the reinforcement material, a resin as matrix composites. Compared with the traditional metal materials, with high strength, fatigue resistance, good corrosion resistance, especially can be designed very strong. This paper uses Hyper Mesh were set up one way fiber reinforced composite materials, 2D braided fiber reinforced composites and 3D braided fiber reinforced composite material model, and by changing the fiber volume fraction, fiber type and hybrid, mixed layer and mixed design, explore the fiber volume fraction, fiber type, hybrid fiber, hybrid fiber, and the effects of the mixed layer of fibers on the properties of composites the experiment and preparation of 2D braided fiber reinforced composites, the main results are as follows: (1) the effects of fiber volume fraction, with the increase of fiber volume fraction, fiber growth 寮哄�嶅悎鏉愭枡搴斿姏鍒嗗竷鏈�鍙戠敓鏄庢樉鍙樺寲,鍏舵渶澶у簲鍔涘垎甯冨湪绾ょ淮涓庢爲鑴備氦鐣屽�勭殑绾ょ淮涓�,鏈，

本文编号：1629011