碳纤维增强复合材料层合板力学性能预测及分析

发布时间：2020-05-12 01:03

【摘要】：面对资源紧缺与环境保护问题,传统燃油汽车节能减排、发展新能源汽车成为汽车工业发展的两大主流发展趋势。这两大主流发展趋势共同面临的问题是汽车轻量化的实现。复合材料作为一种轻质材料,因其强度高、设计自由度大、成形性好等优点,开始被一些汽车厂家应用到汽车轻量化的设计中。在汽车结构设计中会用到多种层数、多种顺序铺层的复合材料层合板。要对所有不同的铺层层合板做材料性能实验以获取其基本力学性能,这为整车结构的性能分析带来了极大的不便。本文首先阐述了复合材料力学基础理论,围绕复合材料损伤形式、损伤分析、失效准则展开了讨论。然后通过大量实验获得不同层数下碳纤维增强复合材料单向层合板包括弹性模量、强度等基本力学性能参数。基于这些实验数据对层数与材料性能之间的变化规律进行了研究。选择合适的方程形式拟合出层数与材料性能之间的关系;并对纵向拉舍和压缩强度实验数据做了分散性分析。分别采用渐进损伤材料模型和连续损伤材料模型建立复合材料层合板细观有限元模型,并讨论了与实验对标的结果。最后将拟合得到的公式应用在复合材料数值模拟仿真中。对实验数据进行分析,发现纵向拉伸强度和纵向压缩强度数据服从三参数威布尔分布。随着层数的改变,复合材料层合板的不同的弹性模量基本保持不变,而不同的强度性能随着层数改变均有着明显的变化趋势。采用二次多项式函数建立了层数与材料强度性能之间的经验公式。二次多项式函数既能满足小误差、不过拟合的要求,也能对实际的实验数据有合理的解释性。渐进损伤模型能够更好的模拟碳纤维增强树脂基复合材料层合板脆性断裂过程、还原实验得到的力位移曲线曲线特性以及曲线关键参数。将经验公式预测得到的强度应用到复合材料有限元模型中,对标实验的力和位移,有较小的误差。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U465.6

【参考文献】

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本文编号：2659365