大丝束碳纤维平纹编织复合材料孔边应力细观分析
发布时间：2023-09-13 22:59
在追求高性能和低成本化的今天,性价比更高的大丝束平纹编织复合材料受到重视,被认为具有更好的应用前景。对于这类大丝束的显著非均质复合材料而言,用宏观均匀化性能及方法进行分析可能会引起较大偏差,特别是处理局部应力问题。一方面,在分析大结构或者进行粗略分析时,需要高效率;另一方面,在某些局部区域,应力分布不均匀,特别是涉及到强度问题时,需要高准确性。因此,借助于跨尺度的细观分析模型,建立细观参数和宏观性能之间的联系,并准确分析细观参数对局部应力(孔边应力)分布的影响具有重要的理论和应用意义。为了从细观尺度分析编织复合材料的性能以及开孔处的应力分布,本文主要从细观模型的建立、编织材料弹性常数的预测和孔边应力分布三个方面进行了有限元模拟,并进行了平纹编织复合材料基本力学性能的测定。建模采用TEXGEN新型织物软件,有限元模拟主要以ABAQUS软件为基础。通过试验和数值模拟得出以下几个方面的结论:建立了包含单纤维复合材料单胞和编织结点单胞的双单胞跨尺度细观模型,用以预测和分析编织复合材料的力学性能,算例证实了该模型和方法的有效性。利用细观单胞模型分析了编织角和纤维体积含量对编织复合材料基本弹性性能...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 编织复合材料
1.1.2 二维编织复合材料
1.1.3 大丝束碳纤维
1.2 研究进展及存在的问题
1.2.1 研究背景
1.2.2 复合材料宏观尺度强度研究现状
1.2.3 编织复合材料细观尺度研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 本文研究的目的、意义及主要内容
1.3.1 本文研究的目的、意义
1.3.2 本文的主要研究内容
第二章 复合材料细观力学理论基础
2.1 复合材料细观力学
2.1.1 稀疏方法
2.1.2 Mori-Tanaka方法
2.1.3 自洽法
2.1.4 微分法
2.1.5 广义自洽法
2.1.6 均匀化法
2.2 有限元分析方法以及ABAQUS、TEXGEN软件介绍
2.2.1 有限元软件ABABQUS简介
2.2.2 织物仿真软件Texgen简介
2.3 本章小结
第三章 平纹编织复合材料单胞模型
3.1 引言
3.2 双单胞跨尺度细观模型
3.2.1 单纤维复合材料单胞
3.2.2 编织结点单胞
3.3 周期性边界条件(PBC)理论及其有限元实现
3.3.1 周期性边界条件理论
3.3.2 有限元分析中周期性边界条件的设定
3.3.3 周期性边界条件的Python程序流程
3.4 弹性常数求解方法
3.5 数值算例与分析
3.5.1 单纤维复合材料模型算例验证
3.5.2 编织结点单胞模型算例验证
3.5.3 细观力学分析
3.6 工艺参数对弹性常数的影响
3.6.1 纤维体积含量对弹性常数的影响
3.6.2 编织角对弹性常数的影响
3.7 本章小结
第四章 平纹编织复合材料弹性性能试验及有限元分析
4.1 引言
4.2 碳纤维编织复合材料的拉伸性能试验研究
4.2.1 拉伸试验装置
4.2.2 试验材料及试样
4.2.3 试验前准备
4.2.4 数据处理及试验结果
4.3 碳纤维编织复合材料的剪切性能试验研究
4.3.1 剪切试验装置
4.3.2 试验材料及试样
4.3.3 试验前准备
4.3.4 数据处理及试验结果
4.4 碳纤维编织复合材料各组成相体积含量测试
4.4.1 体积含量试验装置
4.4.2 试验材料及试样
4.4.3 试验前准备
4.4.4 数据处理及试验结果
4.5 有限元几何模型
4.5.1 单纤维复合材料单胞几何模型
4.5.2 编织结点单胞几何模型
4.6 力学性能分析
4.6.1 纤维束性能分析
4.6.2 编织复合材料单层板性能分析
4.7 本章小结
第五章 平纹编织复合材料孔边应力分析
5.1 引言
5.2 开孔复合材料层合板强度性能试验研究
5.2.1 试件尺寸及清单
5.2.2 拉伸性能试验结果及分析
5.2.3 压缩性能试验结果及分析
5.3 开孔复合材料层合板有限元分析
5.3.1 几何模型的建立
5.3.2 材料方向
5.3.3 有限元模型的建立
5.4 开孔位置对开孔平纹编织复合材料孔边应力分布的影响
5.4.1 开孔位置的随机性对平纹编织复合材料孔边应力分析
5.4.2 结论
5.5 板宽/孔径比对开孔平纹编织复合材料孔边应力集中的影响
5.5.1 孔径大小对平纹编织复合材料孔边应力分析
5.5.2 结论
5.6 铺层方向对开孔平纹编织复合材料孔边应力集中的影响
5.6.1 不同铺层角度对平纹编织复合材料孔边应力分析
5.6.2 结论
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
本文编号：3846077
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 编织复合材料
1.1.2 二维编织复合材料
1.1.3 大丝束碳纤维
1.2 研究进展及存在的问题
1.2.1 研究背景
1.2.2 复合材料宏观尺度强度研究现状
1.2.3 编织复合材料细观尺度研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 本文研究的目的、意义及主要内容
1.3.1 本文研究的目的、意义
1.3.2 本文的主要研究内容
第二章 复合材料细观力学理论基础
2.1 复合材料细观力学
2.1.1 稀疏方法
2.1.2 Mori-Tanaka方法
2.1.3 自洽法
2.1.4 微分法
2.1.5 广义自洽法
2.1.6 均匀化法
2.2 有限元分析方法以及ABAQUS、TEXGEN软件介绍
2.2.1 有限元软件ABABQUS简介
2.2.2 织物仿真软件Texgen简介
2.3 本章小结
第三章 平纹编织复合材料单胞模型
3.1 引言
3.2 双单胞跨尺度细观模型
3.2.1 单纤维复合材料单胞
3.2.2 编织结点单胞
3.3 周期性边界条件(PBC)理论及其有限元实现
3.3.1 周期性边界条件理论
3.3.2 有限元分析中周期性边界条件的设定
3.3.3 周期性边界条件的Python程序流程
3.4 弹性常数求解方法
3.5 数值算例与分析
3.5.1 单纤维复合材料模型算例验证
3.5.2 编织结点单胞模型算例验证
3.5.3 细观力学分析
3.6 工艺参数对弹性常数的影响
3.6.1 纤维体积含量对弹性常数的影响
3.6.2 编织角对弹性常数的影响
3.7 本章小结
第四章 平纹编织复合材料弹性性能试验及有限元分析
4.1 引言
4.2 碳纤维编织复合材料的拉伸性能试验研究
4.2.1 拉伸试验装置
4.2.2 试验材料及试样
4.2.3 试验前准备
4.2.4 数据处理及试验结果
4.3 碳纤维编织复合材料的剪切性能试验研究
4.3.1 剪切试验装置
4.3.2 试验材料及试样
4.3.3 试验前准备
4.3.4 数据处理及试验结果
4.4 碳纤维编织复合材料各组成相体积含量测试
4.4.1 体积含量试验装置
4.4.2 试验材料及试样
4.4.3 试验前准备
4.4.4 数据处理及试验结果
4.5 有限元几何模型
4.5.1 单纤维复合材料单胞几何模型
4.5.2 编织结点单胞几何模型
4.6 力学性能分析
4.6.1 纤维束性能分析
4.6.2 编织复合材料单层板性能分析
4.7 本章小结
第五章 平纹编织复合材料孔边应力分析
5.1 引言
5.2 开孔复合材料层合板强度性能试验研究
5.2.1 试件尺寸及清单
5.2.2 拉伸性能试验结果及分析
5.2.3 压缩性能试验结果及分析
5.3 开孔复合材料层合板有限元分析
5.3.1 几何模型的建立
5.3.2 材料方向
5.3.3 有限元模型的建立
5.4 开孔位置对开孔平纹编织复合材料孔边应力分布的影响
5.4.1 开孔位置的随机性对平纹编织复合材料孔边应力分析
5.4.2 结论
5.5 板宽/孔径比对开孔平纹编织复合材料孔边应力集中的影响
5.5.1 孔径大小对平纹编织复合材料孔边应力分析
5.5.2 结论
5.6 铺层方向对开孔平纹编织复合材料孔边应力集中的影响
5.6.1 不同铺层角度对平纹编织复合材料孔边应力分析
5.6.2 结论
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
本文编号：3846077
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