碳纤维复合材料动态压缩力学性能研究

发布时间：2017-07-30 03:19

  本文关键词：碳纤维复合材料动态压缩力学性能研究

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【摘要】：碳纤维复合材料由于其比重小、比强度高等特点被广泛地应用于航空航天和交通运输等工程领域。该材料在生产和应用过程中经常受到外来载荷的冲击从而造成损伤,因此,研究其在冲击载荷作用下的力学性能就变得非常重要。同时,在研究碳纤维复合材料的冲击响应时,由于其制备过程的随机性导致其材料参数的不确定性会影响到材料的抗冲击性能,因此必须考虑不确定参数对其冲击响应的影响。本文采用实验和数值仿真相结合的方法,对考虑参数不确定性的碳纤维复合材料动态压缩力学性能进行研究。首先,文章对不同几何尺寸和铺层的碳纤维复合材料试件在不同的冲击载荷作用下的响应开展了实验研究。通过采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对碳纤维复合材料试件沿厚度方向进行了动态压缩实验,研究了应变率、厚度以及铺层顺序对其抗冲击性能的影响,结果表明该材料为应变率敏感材料,厚度和铺层顺序对碳纤维复合材料的抗冲击性能均有影响,且厚度比铺层顺序显著。其次,在实验的基础上,对碳纤维复合材料冲击响应开展数值模拟研究,通过数值计算分析其响应过程中的力学特性。文章利用ABAQUS建立了碳纤维复合材料冲击响应的数值模型,模拟碳纤维复合材料在冲击载荷作用下的力学响应,并将数值结果同实验结果进行比较,验证本文建立的数值模型的可靠性,并进一步研究了铺层角度对该材料抗冲击性能的影响,结果表明铺层角度对该材料的抗冲击性能有显著影响。然后,文章研究了参数不确定性对碳纤维复合材料冲击响应的影响,通过对该材料的材料参数进行敏感性分析,获得了不同工况下材料参数的敏感性排序,研究了碳纤维复合材料厚度、铺层顺序及加载气压对其参数敏感性排序的影响,结果表明加载气压对材料参数的敏感性排序几乎无影响,铺层顺序和厚度对材料参数的敏感性排序均有影响,且厚度比铺层顺序显著。文章最后为了确保在材料参数发生变化时仍能通过数值计算获得材料的真实冲击响应,建立了碳纤维复合材料冲击响应的数值模型确认方法,通过有限次数的实验结合模型确认方法对数值模型的可靠性进行验证。通过本章的研究,可以为参数不确定条件下碳纤维复合材料的动态压缩力学性能的数值研究的有效性和可靠性提供指导。
【关键词】：碳纤维复合材料 冲击响应 参数不确定性 敏感性分析 模型确认
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.742;TB332
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 研究的背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 复合材料动态压缩力学性能的实验研究20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 碳纤维复合材料动态压缩实验方法20-24
• 2.3 碳纤维复合材料动态压缩实验结果与分析24-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 碳纤维复合材料冲击压缩的数值模拟32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 复合材料渐进损伤理论32-38
• 3.2.1 各向异性材料弹性本构模型32-34
• 3.2.2 复合材料单层板面内渐进损伤模型34-35
• 3.2.3 复合材料层间损伤模型35-38
• 3.3 碳纤维复合材料冲击响应的数值模型的建立38-39
• 3.4 碳纤维复合材料冲击响应的数值模拟的结果与分析39-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 碳纤维复合材料的材料参数敏感性分析46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 正交试验设计方法46-48
• 4.2.1 正交表46-47
• 4.2.2 正交试验设计的统计分析47
• 4.2.3 正交试验设计的步骤47-48
• 4.3 碳纤维复合材料的材料参数敏感性分析结果48-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 碳纤维复合材料冲击响应的数值模型确认55-68
• 5.1 引言55-56
• 5.2 数值模型确认流程56-57
• 5.3 试验设计与拉丁超立方抽样57
• 5.4 代理模型的建立57-60
• 5.4.1 多项式系数的确定59-60
• 5.4.2 近似模型方差分析60
• 5.5 模型确认准则60-61
• 5.6 模型确认结果与分析61-66
• 5.7 本章小结66-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）77

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7 张U，

本文编号：592312