碳/环氧编织复合材料层合板挤压特性研究
发布时间：2021-04-01 14:35
复合材料的应用范围不断扩大,由早期用于简单轻巧的非承力部件逐渐扩展到用于大规模的复杂承力构件。在这些大型复合材料构件中不可避免需要进行连接装配,而在结构连接中,传统的机械连接仍被大量采用,其强度对于构件安全工作至关重要。在机械连接区域,复合材料主要受到螺栓、铆钉等紧固件的挤压作用。因此,研究复合材料的机械连接挤压特性对于复合材料层合板结构件安全设计具有重要意义。本文从试验及数值模拟的角度研究碳/环氧编织复合材料挤压行为,主要成果如下:（1）在同等条件下,单钉双剪连接的挤压强度明显比单/双钉单剪连接强度更高;双钉单剪则比单钉单剪连接有更高的破坏载荷,而载荷的提升,使得层合板净截面拉应力显著增强,导致层合板更容易发生净截面拉伸破坏。（2）温湿度环境对复合材料单钉双剪挤压性能有较大影响,与室温干态环境（RTD）相比,高温湿热环境下,层合板发生初始损伤时的挤压强度降低了23.4%,极限强度下降了21.6%;低温干态环境下,其挤压强度相较于室温干态环境提高了16.68%,结构件具有更高的安全裕度。（3）层合板0°铺层中的主要损伤形式为纤维压缩以及少量纤维拉伸损伤、基体拉压损伤、纤维基体剪切损伤,...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究意义及背景
1.2 碳纤维编织复合材料
1.3 复合材料机械连接
1.3.1 复合材料机械连接破坏模式
1.4 国内外研究现状
1.4.1 机械连接试验研究现状
1.4.2 复合材料挤压理论及数值模拟研究现状
1.5 本文研究主要内容
第2章 复合材料及连接相关理论
2.1 引言
2.2 复合材料层合板力学理论
2.2.1 各向异性材料本构模型
2.2.2 单层板强度及应力应变关系
2.2.3 经典层合板理论
2.2.4 开孔层合板理论
2.3 渐进损伤分析方法
2.3.1 渐进损伤理论
2.3.2 材料失效准则
2.3.3 材料退化方案
2.4 本章小结
第3章 复合材料层合板挤压性能试验研究
3.1 引言
3.2 单钉双剪挤压响应试验研究
3.2.1 试件及设备
3.2.2 试验环境
3.2.3 试验设备
3.2.4 试验方法
3.2.5 挤压应力和应变
3.2.6 典型挤压响应
3.3 温湿环境对单钉双剪挤压性能的影响
3.3.1 RTD室温干态环境
3.3.2 ETW高温湿热环境
3.3.3 CTD低温干态环境
3.3.4 试验结果分析
3.4 沉孔单钉单剪连接试验
3.4.1 试验装置及试件
3.4.2 试验过程及现象
3.4.3 试验结果及破坏模式分析
3.5 沉孔双钉单剪连接试验
3.5.1 试验装置及试件
3.5.2 试验过程及现象
3.5.3 试验结果及破坏模式分析
3.6 本章小结
第4章 复合材料层合板挤压损伤过程有限元分析
4.1 引言
4.2 复合材料有限元分析方法
4.2.1 ABAQUS相关知识
4.2.2 ABAQUS软件用户定义子程序
4.3 单钉双剪挤压有限元模型
4.3.1 几何模型
4.3.2 材料属性
4.3.3 材料方向
4.3.4 网格划分
4.3.5 边界条件及相互作用
4.3.6 调用子程序
4.4 结果分析
4.4.1 数值模拟与试验结果对比
4.5 复合材料层合板层内损伤与扩展
4.5.1 层合板 0°层的损伤扩展情况
4.5.2 层合板 45°层的损伤扩展情况
4.5.3 层合板-45°层的损伤扩展情况
4.5.4 层合板 90°层的损伤扩展情况
4.6 本章小结
第5章 单钉双剪挤压强度影响因素分析
5.1 引言
5.2 孔径板厚比对挤压强度的影响
5.2.1 孔径板厚比对挤压强度影响的试验研究
5.2.2 有限元数值模拟分析
5.2.3 结论
5.3 铺层比例对挤压强度的影响
5.3.1 铺层比例对挤压强度影响的试验研究
5.3.2 有限元数值模拟分析
5.3.3 结论
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]非热压罐预浸料T700SC/#2510层板的低速冲击损伤特性[J]. 孔德拴,管国阳. 玻璃钢/复合材料. 2015(09)
[2]层合板连接结构挤压强度测试方法的研究[J]. 刘长喜,周振功,张博明,王晓宏,白光辉. 材料开发与应用. 2014(02)
[3]基于应变能耗散的复合材料层合板面内缺口强度分析CDM模型[J]. 吴义韬,姚卫星,吴富强,沈浩杰. 复合材料学报. 2014(04)
[4]复合材料单排多钉接头疲劳损伤失效试验[J]. 朱元林,温卫东,崔海涛. 航空动力学报. 2012(07)
[5]配合精度对复合材料板螺栓接头强度的影响[J]. 陈晓平,曹增强,高星海. 兵器材料科学与工程. 2011(06)
[6]基于点应力破坏准则的含圆孔树脂基正交各向异性板的强度计算[J]. 李成,铁瑛,郑艳萍. 高分子材料科学与工程. 2010(10)
[7]复合材料缺口强度预测方法研究进展[J]. 王超. 江苏航空. 2009(S1)
[8]基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析[J]. 王跃全,童明波,朱书华. 南京航空航天大学学报. 2009(06)
[9]三维复合材料层合板渐进损伤非线性分析模型[J]. 王跃全,童明波,朱书华. 复合材料学报. 2009(05)
[10]复合材料机械连接强度影响因素的研究进展[J]. 王花娟,杨杰,刘新东,刘小建. 材料导报. 2007(S3)
博士论文
[1]复合材料机械连接失效分析及强度影响因素研究[D]. 赵美英.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]平纹编织复合材料连接性能分析[D]. 陈涛.南昌大学 2015
[2]湿热环境下复合材料层合板的挤压性能[D]. 陈通文.南昌大学 2014
[3]复合材料螺栓连接渐进损伤分析与强度预测[D]. 朱建辉.南京航空航天大学 2013
[4]动力学参数对复合材料层压板低速冲击损伤特性的影响研究[D]. 陈亚军.上海交通大学 2012
[5]基于ANSYS的起落架减震支柱设计技术研究[D]. 张成玉.南京航空航天大学 2010
[6]基于UMAT子程序的织物片变形的几何非线性分析[D]. 唐菁菁.天津大学 2007
本文编号：3113503
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究意义及背景
1.2 碳纤维编织复合材料
1.3 复合材料机械连接
1.3.1 复合材料机械连接破坏模式
1.4 国内外研究现状
1.4.1 机械连接试验研究现状
1.4.2 复合材料挤压理论及数值模拟研究现状
1.5 本文研究主要内容
第2章 复合材料及连接相关理论
2.1 引言
2.2 复合材料层合板力学理论
2.2.1 各向异性材料本构模型
2.2.2 单层板强度及应力应变关系
2.2.3 经典层合板理论
2.2.4 开孔层合板理论
2.3 渐进损伤分析方法
2.3.1 渐进损伤理论
2.3.2 材料失效准则
2.3.3 材料退化方案
2.4 本章小结
第3章 复合材料层合板挤压性能试验研究
3.1 引言
3.2 单钉双剪挤压响应试验研究
3.2.1 试件及设备
3.2.2 试验环境
3.2.3 试验设备
3.2.4 试验方法
3.2.5 挤压应力和应变
3.2.6 典型挤压响应
3.3 温湿环境对单钉双剪挤压性能的影响
3.3.1 RTD室温干态环境
3.3.2 ETW高温湿热环境
3.3.3 CTD低温干态环境
3.3.4 试验结果分析
3.4 沉孔单钉单剪连接试验
3.4.1 试验装置及试件
3.4.2 试验过程及现象
3.4.3 试验结果及破坏模式分析
3.5 沉孔双钉单剪连接试验
3.5.1 试验装置及试件
3.5.2 试验过程及现象
3.5.3 试验结果及破坏模式分析
3.6 本章小结
第4章 复合材料层合板挤压损伤过程有限元分析
4.1 引言
4.2 复合材料有限元分析方法
4.2.1 ABAQUS相关知识
4.2.2 ABAQUS软件用户定义子程序
4.3 单钉双剪挤压有限元模型
4.3.1 几何模型
4.3.2 材料属性
4.3.3 材料方向
4.3.4 网格划分
4.3.5 边界条件及相互作用
4.3.6 调用子程序
4.4 结果分析
4.4.1 数值模拟与试验结果对比
4.5 复合材料层合板层内损伤与扩展
4.5.1 层合板 0°层的损伤扩展情况
4.5.2 层合板 45°层的损伤扩展情况
4.5.3 层合板-45°层的损伤扩展情况
4.5.4 层合板 90°层的损伤扩展情况
4.6 本章小结
第5章 单钉双剪挤压强度影响因素分析
5.1 引言
5.2 孔径板厚比对挤压强度的影响
5.2.1 孔径板厚比对挤压强度影响的试验研究
5.2.2 有限元数值模拟分析
5.2.3 结论
5.3 铺层比例对挤压强度的影响
5.3.1 铺层比例对挤压强度影响的试验研究
5.3.2 有限元数值模拟分析
5.3.3 结论
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]非热压罐预浸料T700SC/#2510层板的低速冲击损伤特性[J]. 孔德拴,管国阳. 玻璃钢/复合材料. 2015(09)
[2]层合板连接结构挤压强度测试方法的研究[J]. 刘长喜,周振功,张博明,王晓宏,白光辉. 材料开发与应用. 2014(02)
[3]基于应变能耗散的复合材料层合板面内缺口强度分析CDM模型[J]. 吴义韬,姚卫星,吴富强,沈浩杰. 复合材料学报. 2014(04)
[4]复合材料单排多钉接头疲劳损伤失效试验[J]. 朱元林,温卫东,崔海涛. 航空动力学报. 2012(07)
[5]配合精度对复合材料板螺栓接头强度的影响[J]. 陈晓平,曹增强,高星海. 兵器材料科学与工程. 2011(06)
[6]基于点应力破坏准则的含圆孔树脂基正交各向异性板的强度计算[J]. 李成,铁瑛,郑艳萍. 高分子材料科学与工程. 2010(10)
[7]复合材料缺口强度预测方法研究进展[J]. 王超. 江苏航空. 2009(S1)
[8]基于CDM的复合材料层合板三维非线性渐进损伤分析[J]. 王跃全,童明波,朱书华. 南京航空航天大学学报. 2009(06)
[9]三维复合材料层合板渐进损伤非线性分析模型[J]. 王跃全,童明波,朱书华. 复合材料学报. 2009(05)
[10]复合材料机械连接强度影响因素的研究进展[J]. 王花娟,杨杰,刘新东,刘小建. 材料导报. 2007(S3)
博士论文
[1]复合材料机械连接失效分析及强度影响因素研究[D]. 赵美英.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]平纹编织复合材料连接性能分析[D]. 陈涛.南昌大学 2015
[2]湿热环境下复合材料层合板的挤压性能[D]. 陈通文.南昌大学 2014
[3]复合材料螺栓连接渐进损伤分析与强度预测[D]. 朱建辉.南京航空航天大学 2013
[4]动力学参数对复合材料层压板低速冲击损伤特性的影响研究[D]. 陈亚军.上海交通大学 2012
[5]基于ANSYS的起落架减震支柱设计技术研究[D]. 张成玉.南京航空航天大学 2010
[6]基于UMAT子程序的织物片变形的几何非线性分析[D]. 唐菁菁.天津大学 2007
本文编号：3113503
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