碳纤维增强复合材料界面裂纹扩展及损伤研究

发布时间：2017-06-27 04:05

  本文关键词：碳纤维增强复合材料界面裂纹扩展及损伤研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纤维复合材料因其各项力学性能优于传统金属材料,已在生产生活的各个方面得到了广泛应用。技术的进步和对材料性能要求的日益提高都不断推动着复合材料的研究与发展。关于材料界面力学行为的研究一直是相关科学领域关注的重点和难点,本论文从数值模拟出发,主要分析碳纤维复合材料的横向细观界面断裂过程,以及层合板自由边效应导致的层间界面损伤扩展,并结合试验研究层合板单向拉伸载荷下的强度破坏。具体内容包括：1.采用渐进损伤和断裂两种方法模拟横向载荷下碳纤维复合材料的细观破坏过程,并对两种方法进行对比分析。其中断裂法结合ABAQUS提供的扩展有限元和Surface-based Cohesive Behavior技术,以实现界面开裂及基体裂纹扩展过程的模拟。基于这种数值模拟方法,文中详细考查了纤维含量、界面强度、界面刚度等因素对复合材料横向断裂过程的影响。2.建立碳纤维复合材料层合板有限元模型,分析层合板承受单向拉伸载荷时界面的应力分布及损伤情况,研究层合板自由边缘界面的破坏机理,并考虑界面厚度、铺层角度以及开孔等因素对界面边缘应力分布的影响。在层合板自由边效应的抑制方面,详细研究边缘开切口这种方法的生效机理。3.进行碳纤维层合板试样的单向拉伸破坏试验,比较和观察横向拉伸与纵向拉伸试样的断口形貌,测量其拉伸强度和拉伸位移等参数。然后借助ABAQUS中的子程序接口,以蔡—吴强度准则作为失效判据,模拟不同试样的拉伸破坏过程,最后与试验结果进行对比。
【关键词】：碳纤维 界面 断裂 损伤 层间应力
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.742;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABASTRACT6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 复合材料简介14-15
• 1.2 纤维增强复合材料的发展及研究现状15-18
• 1.2.1 工业生产及工程应用15-16
• 1.2.2 复合材料力学理论16
• 1.2.3 国内外学者研究成果16-18
• 1.3 复合材料界面问题18-22
• 1.3.1 纤维基体界面18-20
• 1.3.2 层合板层间界面20-22
• 1.4 本文主要研究内容22-24
• 第二章 碳纤维复合材料横向界面裂纹扩展研究24-46
• 2.1 理论基础及求解思路24-30
• 2.1.1 渐进损伤与材料退化24-25
• 2.1.2 扩展有限元法25-27
• 2.1.3 Surface-Based Cohesive Behavior27-30
• 2.2 碳纤维复合材料横向破坏过程研究30-35
• 2.2.1 模型构建30-31
• 2.2.2 结果分析31-35
• 2.3 几种常见变量对横向断裂过程的影响35-44
• 2.3.1 碳纤维体积含量的影响36-39
• 2.3.2 界面强度的影响39-41
• 2.3.3 界面刚度的影响41-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第三章 复合材料层合板层间界面应力及损伤研究46-66
• 3.1 理论基础及求解思路46-51
• 3.1.1 层合板层间应力分析46-49
• 3.1.2 内聚力模型49-51
• 3.2 拉伸载荷下层合板界面损伤模拟51-54
• 3.3 层合板界面应力影响因素分析54-59
• 3.3.1 界面厚度的影响54-58
• 3.3.2 铺层角度的影响58-59
• 3.4 开孔层合板界面应力分析59-61
• 3.5 边缘开切口对自由边效应的抑制61-64
• 3.6 本章小结64-66
• 第四章 碳纤维/环氧树脂层合板单向拉伸破坏研究66-82
• 4.1 层合板应力分析及其强度理论66-70
• 4.1.1 层合板应力—应变关系66-68
• 4.1.2 层合板单层材料的强度理论68-70
• 4.2 层合板拉伸破坏试验70-74
• 4.2.1 试验过程71-72
• 4.2.2 试验结果及讨论72-74
• 4.3 有限元模拟74-81
• 4.3.1 破坏准则在ABAQUS中的调用74-76
• 4.3.2 有限元模型建立76-77
• 4.3.3 有限元结果分析77-81
• 4.4 本章小结81-82
• 第五章 结论与展望82-84
• 5.1 结论82-83
• 5.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 研究成果及发表的学术论文90-92
• 作者和导师简介92-93
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 孔祥宏;王志瑾;;基于Abaqus的有限元渐进损伤强度分析[J];计算机应用与软件;2012年10期

2 茹忠亮;朱传锐;赵洪波;;裂纹扩展问题的改进XFEM算法[J];工程力学;2012年07期

3 茹忠亮;朱传锐;张友良;赵洪波;;断裂问题的扩展有限元法研究[J];岩土力学;2011年07期

4 唐见茂;;碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望[J];航天器环境工程;2010年03期

5 张亚芳;齐雷;刘浩;何娟;;界面强度对纤维增强复合材料宏观韧性的影响[J];中山大学学报(自然科学版);2008年04期

6 李录贤,王铁军;扩展有限元法(XFEM)及其应用[J];力学进展;2005年01期

7 卢子兴,冯志海,寇长河,刘振国,陆萌,麦汉超,唐国翌;编织复合材料拉伸力学性能的研究[J];复合材料学报;1999年03期

8 陶杰;王咏梅;;复合材料层合板层间破坏及其断口形貌分析[J];复合材料学报;1993年04期

  本文关键词：碳纤维增强复合材料界面裂纹扩展及损伤研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：488481