考虑耦合效应的平纹编织物本构模型研究

发布时间：2022-10-21 17:22

　　在织物增强复合材料成型过程中,编织物增强体经历了从二维平面到三维几何形状的变化过程,呈现出非线性大变形以及强烈的各向异性等特点。成形后编织物的剪切变形程度会影响到树脂的浸润效果以及纤维含量,而纤维的取向可以影响到复合材料固化后的力学性能。已经有实验证明编织物双拉耦合效应和拉剪耦合效应是存在的,但在工程应用中为了计算方便经常忽略耦合效应。因此,为了建立更准确全面的本构模型,本文通过理论分析、数值模拟以及实验研究对平纹编织物的双拉耦合效应和拉剪耦合效应及其在冲压成形模拟中对预测结果的影响进行了系统的研究。本文的主要研究内容和成果如下:根据双轴拉伸实验,在连续介质力学的基础上针对平纹编织物建立了一个考虑双拉耦合效应的各向异性超弹性本构模型。将应变能解耦为考虑双拉耦合效应的拉伸能和纯剪切能。详细给出了应变能密度函数中材料参数的确定方法。将该双拉耦合模型嵌入到有限元程序中,实现指定双拉比下的拉伸数值模拟。将模拟结果与双拉实验数据进行对比可知双拉耦合模型可以描述编织物的各向异性非线性大变形以及双拉耦合行为。最后将此耦合模型和非耦合模型都应用到双球冲压成形的数值模拟中,通过改变压边力大小和编织布铺设... 

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 纤维编织物力学行为的研究进展
        1.2.1 纤维编织物力学行为的实验研究
        1.2.2 纤维编织物成形数值模拟的研究进展
    1.3 本文的研究内容
第二章 编织物的非线性连续介质力学基础
    2.1 引言
    2.2 应变度量
    2.3 应力度量
    2.4 编织物各向异性超弹性本构模型的一般形式
    2.5 本章小结
第三章 考虑双拉耦合效应的编织物超弹性力学本构建模
    3.1 引言
    3.2 针对双拉耦合效应的编织物力学性能实验
        3.2.1 双轴拉伸实验
        3.2.2 传统的镜框剪切实验
    3.3 双拉耦合本构模型的建立及其验证
        3.3.1 应变能解耦
        3.3.2 双拉耦合本构模型的参数确定
        3.3.3 双拉耦合本构模型的验证
    3.4 双拉耦合效应对编织物成形仿真的影响
        3.4.1 双球冲压有限元模型的建立
        3.4.2 双拉耦合模型与非耦合模型模拟结果对比分析
    3.5 本章小结
第四章 考虑拉剪耦合效应的编织物超弹性力学本构建模
    4.1 引言
    4.2 针对拉剪耦合效应的编织物力学性能实验
        4.2.1可施加面内拉伸张力的镜框剪切实验
        4.2.2 单轴拉伸实验
    4.3 拉剪耦合本构模型的建立及其验证
        4.3.1 应变能解耦
        4.3.2 拉剪耦合本构模型参数的确定
        4.3.3 拉剪耦合本构模型的验证
    4.4 拉剪耦合效应对编织物成形仿真的影响
        4.4.1 半球冲压成形
        4.4.2 双球冲压成形
    4.5 本章小结
第五章 平纹编织物四面体冲压成形实验及数值模拟
    5.1 引言
    5.2 平纹编织物四面体冲压成形实验
        5.2.1 实验材料
        5.2.2 实验装置
        5.2.3 实验过程
        5.2.4 实验结果
    5.3 平纹编织物四面体冲压成形数值模拟
        5.3.1 0°/90°平纹编织物四面体冲压仿真计算结果
        5.3.2 ±45°平纹编织物四面体冲压仿真计算结果
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士阶段发表的文章和申请的专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形下初始斜交异性本构方程[J]. 张义同.  固体力学学报. 2000(04)
[2]织物力学研究的新进展[J]. 张义同.  力学进展. 2003(02)
[3]受沿任意方向单向拉伸的织物的屈曲分析[J]. 张义同,徐家福.  应用数学和力学. 2002(05)
[4]考虑纤维弯曲刚度的橡胶-帘线复合材料各向异性超弹性本构模型[J]. 孙书蕾,毛建良,彭雄奇.  应用数学和力学. 2014(05)
[5]从0到53%的跨越——复合材料在民机上的应用[J]. 陆孜子.  大飞机. 2015(04)
[6]考虑双拉耦合的复合材料编织物各向异性超弹性本构模型[J]. 黄小双,姚远,彭雄奇,龚友坤,张必超.  复合材料学报. 2016(10)
[7]考虑拉剪耦合的二维编织物各向异性超弹性本构模型[J]. 胡虹玲,龚友坤,彭雄奇,尹红灵.  复合材料学报. 2017(06)
[8]碳纤维复合材料在民航飞机上的应用浅析[J]. 梁春生.  科技展望. 2017(19)
[9]帘线/橡胶复合材料各向异性黏-超弹性本构模型[J]. 黄小双,彭雄奇,张必超.  力学学报. 2016(01)
[10]考虑双拉耦合的复合材料编织物非正交本构模型[J]. 张必超,彭雄奇,黄小双.  应用数学和力学. 2016(03)

硕士论文
[1]碳纤维编织物各向异性超弹性本构建模及成形仿真研究[D]. 黄小双.上海交通大学 2016



本文编号：3696063