玻璃纤维复合材料层合板在热力耦合下的强度性能研究
发布时间：2020-11-17 11:40
纤维复合材料层合板结构由于高比强度、高比模量、制造成本较低等特点,近年来已被广泛用于航天、航空、风电等尖端领域。工件在作业时,易受外界温度载荷影响,使得材料结构出现损伤,从而加速宏观损伤裂纹的扩散,进而影响整体结构的强度性能。此外影响复合材料层合板失效的因素很多,失效形式复杂,实验数据分散,理论预测困难。因此,利用有限元方法有效地预测复合材料结构在高温环境下的失效载荷以及模拟局部损伤的产生、扩展等过程具有非常重要的意义。本文针对复合材料层合板在不同载荷情况下出现的强度失效问题,首先考虑到层合板的基本组成单元是单层板,单层板强度问题直接影响层合板结构强度,而对它的宏观力学研究又是分析层合结构的基础,需先对单层板进行基本的静载试验,以获得复合材料层合板有限元计算所需的各项工程参数;其次,基于经典层合板理论,选取Hashin损伤失效准则、材料刚度退化方式,根据层合板受载情况以及铺层顺序的不同,文中建立不同的层合板模型进行对比性分析,进而得出不同层合板厚度、铺层顺序、孔径大小等因素对复合材料层合板强度的影响,同时,利用有限元分析软件对含孔层合板的每层损伤演化进行预测,分析得出各层损伤失效趋势差异较大;最后,考虑到复合材料组分材料性能的差异性易受温度外载荷的影响,故对材料结构进行在温度载荷下的强度性能检测,模拟分析得到在不同温度影响下,复合材料结构各层损伤演化趋势。通过参考大量文献与前人所做试验发现,本文利用有限元分析软件所建立的复合材料层合板的几何模型以及渐进性损伤分析方法是正确的。文中利用此方法探讨了不同影响因素下复合材料结构的极限承载力,同时还可以清楚的了解到材料结构的局部和整体应力损伤分布情况以及发生损伤后载荷的重新分布和损伤扩展途径,为基于有限元复合材料层合板结构的极限承载力分析、设计、维修及性能优化提供一定的参考。
【学位单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB33;TQ327.1
【部分图文】：
且在各领域得到了实践的检验，这进一步的推动了科学技术的发展[1]。与此同时，科学技术的快速发展对于材料的各方面性能也有了更为严格的要求，如材料成本开支的降低、整体强度性能的提高、结构重量的减轻等[2]。鉴于以上要求，在现在科学技术发展的基础上复合材料应运而生，它结合了其它单一材料的优异性能继而形成了具有强大生命力的新型材料，这种新型材料被赋予了高比强度、高比刚度等优点[3]，可以根据使用环境的不同进行特定的设计以及加工，来满足各种需求，进而大大提高了工程结构的效率。根据 2017 全球玻纤维复合材料市场报告显示[4]，如图 1-1 所示，玻纤维复合材料主要涉及航空航天、风电叶片、汽车、体育休闲等领域。与其它传统材料相比，复合材料在整体成本、重量和性能方面与竞品相比具有更高的价值，近年来，复合材料的需求与产能不断提高[5]。如图 1-2 所示，玻纤维复合材料自 2008 年开始全球需求量逐渐增长至 2017 年已突破 80 千吨，预计未来几年需求量仍呈线性增长。
且在各领域得到了实践的检验，这进一步的推动了科学技术的发展[1]。与此同时，科学技术的快速发展对于材料的各方面性能也有了更为严格的要求，如材料成本开支的降低、整体强度性能的提高、结构重量的减轻等[2]。鉴于以上要求，在现在科学技术发展的基础上复合材料应运而生，它结合了其它单一材料的优异性能继而形成了具有强大生命力的新型材料，这种新型材料被赋予了高比强度、高比刚度等优点[3]，可以根据使用环境的不同进行特定的设计以及加工，来满足各种需求，进而大大提高了工程结构的效率。根据 2017 全球玻纤维复合材料市场报告显示[4]，如图 1-1 所示，玻纤维复合材料主要涉及航空航天、风电叶片、汽车、体育休闲等领域。与其它传统材料相比，复合材料在整体成本、重量和性能方面与竞品相比具有更高的价值，近年来，复合材料的需求与产能不断提高[5]。如图 1-2 所示，玻纤维复合材料自 2008 年开始全球需求量逐渐增长至 2017 年已突破 80 千吨，预计未来几年需求量仍呈线性增长。
图 1-3 损伤模型图atra[20]对聚合物基复合材料的损伤演化模式进行了理论推导出了相关的损伤演化方程，为了能将材料系起来，研究人员通过仿真软件自带的汇编语言进拉伸强度与纤维的铺层角度之间的关系时，对应z[21]为了研究复合材料在受到连续载荷破环时裂纹合材料裂纹损伤扩展模型。研究表明，在界面层的裂纹演化有较大的差异。LLorca[22]通过ABAQUS仿真软件建立了复合材料模型中，粘结层单元的铺设不是按照常规方式来设法，并且使用了该软件中弹性接触模块，建立纤通过三点弯曲受载来分析复合材料纤维/基体断裂问
【参考文献】
本文编号：2887462
【学位单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB33;TQ327.1
【部分图文】：
且在各领域得到了实践的检验，这进一步的推动了科学技术的发展[1]。与此同时，科学技术的快速发展对于材料的各方面性能也有了更为严格的要求，如材料成本开支的降低、整体强度性能的提高、结构重量的减轻等[2]。鉴于以上要求，在现在科学技术发展的基础上复合材料应运而生，它结合了其它单一材料的优异性能继而形成了具有强大生命力的新型材料，这种新型材料被赋予了高比强度、高比刚度等优点[3]，可以根据使用环境的不同进行特定的设计以及加工，来满足各种需求，进而大大提高了工程结构的效率。根据 2017 全球玻纤维复合材料市场报告显示[4]，如图 1-1 所示，玻纤维复合材料主要涉及航空航天、风电叶片、汽车、体育休闲等领域。与其它传统材料相比，复合材料在整体成本、重量和性能方面与竞品相比具有更高的价值，近年来，复合材料的需求与产能不断提高[5]。如图 1-2 所示，玻纤维复合材料自 2008 年开始全球需求量逐渐增长至 2017 年已突破 80 千吨，预计未来几年需求量仍呈线性增长。
且在各领域得到了实践的检验，这进一步的推动了科学技术的发展[1]。与此同时，科学技术的快速发展对于材料的各方面性能也有了更为严格的要求，如材料成本开支的降低、整体强度性能的提高、结构重量的减轻等[2]。鉴于以上要求，在现在科学技术发展的基础上复合材料应运而生，它结合了其它单一材料的优异性能继而形成了具有强大生命力的新型材料，这种新型材料被赋予了高比强度、高比刚度等优点[3]，可以根据使用环境的不同进行特定的设计以及加工，来满足各种需求，进而大大提高了工程结构的效率。根据 2017 全球玻纤维复合材料市场报告显示[4]，如图 1-1 所示，玻纤维复合材料主要涉及航空航天、风电叶片、汽车、体育休闲等领域。与其它传统材料相比，复合材料在整体成本、重量和性能方面与竞品相比具有更高的价值，近年来，复合材料的需求与产能不断提高[5]。如图 1-2 所示，玻纤维复合材料自 2008 年开始全球需求量逐渐增长至 2017 年已突破 80 千吨，预计未来几年需求量仍呈线性增长。
图 1-3 损伤模型图atra[20]对聚合物基复合材料的损伤演化模式进行了理论推导出了相关的损伤演化方程，为了能将材料系起来，研究人员通过仿真软件自带的汇编语言进拉伸强度与纤维的铺层角度之间的关系时，对应z[21]为了研究复合材料在受到连续载荷破环时裂纹合材料裂纹损伤扩展模型。研究表明，在界面层的裂纹演化有较大的差异。LLorca[22]通过ABAQUS仿真软件建立了复合材料模型中，粘结层单元的铺设不是按照常规方式来设法，并且使用了该软件中弹性接触模块，建立纤通过三点弯曲受载来分析复合材料纤维/基体断裂问
【参考文献】
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10 毕鸿章;;JEC集团发表全球复合材料市场调研报告[J];高科技纤维与应用;2009年04期
本文编号：2887462
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