基于渐进均匀化理论的复合材料性能预测与分析

发布时间：2023-11-18 08:25

　　复合材料凭借优良的综合性能和可设计的特点,现实中被广泛应用在各个行业中。然而复合材料通常具有复杂的微结构,传统的数值和解析方法往往很难直接对其进行分析。本文基于渐进均匀化理论与有限元分析方法,建立了复合材料的分析模型,从宏、细观两次度对材料进行了多尺度研究,并借助ANSYS大型有限元分析软件,对纤维增强复合材料性能进行了预测与分析。主要研究内容如下:本文首先对短切碳纤维增强木质复合材料的生产工艺进行详细介绍,并加工出不同型号和参数的复合材料板。使用实验室设备对材料的力学和电学性能进行测量,得到关于材料板的各项实验数据,如弹性模量、内结合强度、电阻率、介电常数等,并以此作为后续研究的基础。接下来基于有限元分析方法,在ANSYS有限元仿真平台上建立了单胞模型,为保证模型的精度对其施加周期性边界条件。针对宏、细观关联问题,本文利用能量原理对材料的平衡方程进行推导,得到纤维材料的结构控制方程。基于渐进均匀化理论和摄动理论,将小参数渐进展开的力学场量带入材料的控制方程中,经过一系列推导最终得到单胞等效弹性模量的求解方程,实现了宏观与细观的耦合。为求解等效弹性模量,本文利用大型有限元分析软件ANS...

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 课题研究的意义
    1.3 基于渐进均匀化方法的复合材料研究现状
        1.3.1 纤维增强复合材料的发展与研究现状
        1.3.2 渐进均匀化理论的发展与研究现状
    1.4 本文主要研究内容
2 短切碳纤维增强木质复合材料的制备及性能测试
    2.1 复合材料制备及其性能测试
        2.1.1 主要仪器及原料
        2.1.2 制板工艺
    2.2 力学性能测试与分析
    2.3 电性能测试与分析
    2.4 本章小结
3 有限元方法及复合材料建模
    3.1 有限元方法
        3.1.1 有限元方法及基本过程
        3.1.2 经典试函数方法与有限元方法比较
    3.2 基于能量原理材料控制方程的构建
    3.3 ANSYS环境下复合材料的有限元建模
        3.3.1 ANSYS简介
        3.3.2 碳纤维增强木质复合材料有限元模型建立
    3.4 周期性边界条件
    3.5 本章小结
4 纤维增强复合材料的渐进均匀化方法
    4.1 引言
    4.2 代表体元法
        4.2.1 Dirichlet边界条件下的代表体元法
        4.2.2 Neumann边界条件下的代表体元法
    4.3 工程经验公式法
    4.4 基于渐进均匀化理论的复合材料弹性模量预测
    4.5 算例
    4.6 本章小结
5 短切碳纤维增强木质复合材料的性能预测与分析
    5.1 弹性模量的新求解方法
    5.2 位移的求解
    5.3 ANSYS环境下对碳纤维增强木质复合材料弹性模量的预测
    5.4 碳纤维增强复合材料的应力分析
    5.5 复合材料热应力分析
    5.6 复合材料的电特性分析
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3864918