纤维增强复合材料力学性能的有限元分析

发布时间：2016-11-07 17:42

  本文关键词：纤维增强复合材料力学性能的有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

《沈阳工业大学》 2015年

纤维增强复合材料力学性能的有限元分析

董驾潮  

【摘要】：近年来，科学技术的发展及创新极大的推动了复合材料的应用和研究，而金属基复合材料由于具有高强度、硬度、弹性模量，耐高温，良好的抗磨损能力以及尺寸加工稳定性等特点涌现出越来越强大的生命力。其中以纤维增强铝基复合材料为代表的金属基复合材料兼具比强度大、比刚度高以及低热膨胀系数等一系列优良特性，成为金属基复合材料的一个重要分支，广泛应用于航天航空及各种工程构件。因此，对于纤维增强复合材料力学性能的研究具有不可估量的现实意义和巨大的经济价值。 本文基于纤维增强铝基复合材料的有限元模型，展开了若干力学问题和性能的分析研究，主要内容包括以下几个方面： （1）建立含有单根纤维的铝基复合材料体元分析模型，体元边界设置为自由边，考察纤维的长度、半径、弹性模量、末端几何形状等参数以及外加荷载对复合材料各处应力分布的影响。研究发现，，复合材料纤维与基体的相互作用区域随着纤维半径的增大而增大，纤维的长度可以影响应力饱和区域的范围；纤维与基体弹性模量的匹配对其相互作用区域内的应力影响较大，二者的弹性模量差值越大，区域内应力越集中，萌生裂纹的可能性就越大；复合材料纤维末端设计为圆球形状后，可以很大程度上消除该处的应力集中，改善应力变化梯度，减少裂纹出现的概率；外加荷载对纤维与基体相互作用区、应力饱和区范围影响均不大，但复合材料各处应力随之呈线性变化。 （2）建立胞体体元边界为整体约束的有限元修正模型，目的是改善有限元模型与实际模型的差异性所导致的局部变形问题。参考自由边界模型纤维的各个参数的变化情况，将二者计算结果做对比，分析得出的结论与自由边界模型大致相同，以此验证本模型的精确性。 （3）将纤维增强铝基复合材料的有限元模型拓展应用到钢纤维混凝土的细观拉伸力学分析模型中，将理论计算值与模型计算结果对比，印证模型的实用性，为纤维混凝土的理论发展和工程应用提供新思路。

【关键词】：
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332
【目录】：

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