湿热环境下开孔复合材料层合板强度研究

发布时间：2017-09-28 17:24

  本文关键词：湿热环境下开孔复合材料层合板强度研究

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【摘要】：随着复合材料在各个领域的广泛应用,复合材料的力学性能研究引起越来越多学者的关注。在复合材料力学性能研究中,湿热环境下复合材料力学性能研究,由于涉及到温度和湿度对组分材料的不同影响,处理难度较大。本文对湿热环境下开孔复合材料层合板的强度性能进行了试验研究;建立了湿热环境下开孔复合材料层合板强度分析模型;模拟了湿热环境下开孔复合材料层合板受载荷后的损伤扩展过程;讨论了湿热环境下开孔复合材料层合板强度性能的影响因素。首先,完成湿态试验件的吸湿处理后,对干态、湿态试验件在三种不同的温度和载荷类型下的强度性能进行了试验研究,对比了试验件破坏模式,分析了温度和湿度对开孔复合材料强度性能的影响。其次,基于纤维增强树脂基复合材料的细观结构,将材料的刚度和强度性能表达成湿热参数的函数。基于非线性静态有限元软件ABAQUS,结合三维Hashin失效准则和材料刚度折减方案,编写了自定义材料本构关系UMAT子程序,施加湿热场模拟湿热环境,建立了湿热环境下开孔复合材料层合板强度预测模型,完整模拟了湿热环境下开孔复合材料层合板受拉伸、压缩以及单钉双剪载荷时损伤扩展过程。最后,基于建立的湿热环境下开孔复合材料层合板强度预测模型,本文研究了湿热效应对材料强度性能的影响,拟合了材料拉伸、压缩及单钉双剪挤压强度在湿热环境下的退化曲线,并且对开孔层合板结构板宽-孔径比以及连接件结构中螺栓模型对层合板结构的强度性能的影响进行了分析讨论。
【关键词】：湿热环境 复合材料 渐进损伤 仿真方法 试验验证
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景和意义13-15
• 1.2 复合材料湿热性能理论研究15-17
• 1.2.1 复合材料吸湿过程15-16
• 1.2.2 复合材料湿热老化机理16
• 1.2.3 湿热环境对复合材料界面性能的影响16-17
• 1.3 复合材料湿热性能试验研究17-19
• 1.3.1 湿热环境下复合材料静力学试验研究17-18
• 1.3.2 湿热环境下复合材料动力学试验研究18
• 1.3.3 湿热环境下复合材料玻璃化转变温度试验研究18-19
• 1.4 湿热环境下复合材料性能有限元数值模拟19-20
• 1.5 本文的研究内容以及结构安排20-22
• 第二章 湿热环境下开孔复合材料层合板强度性能试验研究22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 试验准备22-25
• 2.2.1 试验件类别及几何尺寸22-23
• 2.2.2 试验件分类编号23
• 2.2.3 试验件损伤检测及尺寸测量23
• 2.2.4 试验设备及环境条件23-25
• 2.3 湿热环境下开孔复合材料层合板强度性能试验25-35
• 2.3.1 湿态试件吸湿性能试验结果及分析25-28
• 2.3.2 拉伸性能试验结果及分析28-30
• 2.3.3 压缩性能试验结果及分析30-32
• 2.3.4 单钉双剪性能试验结果及分析32-35
• 2.4 小结35-37
• 第三章 湿热环境下开孔复合材料层合板强度性能数值模拟37-58
• 3.1 引言37
• 3.2 湿热环境下开孔复合材料层合板的强度预测模型建立37-47
• 3.2.1 湿热环境下复合材料层合板本构关系推导37-43
• 3.2.2 复合材料失效判定准则选取43-44
• 3.2.3 湿热环境下开孔复合材料层合板强度性能预测44-47
• 3.3 湿热环境下层合板结构损伤扩展分析47-56
• 3.3.1 拉伸载荷下损伤扩展分析47-50
• 3.3.2 压缩载荷下损伤扩展分析50-53
• 3.3.3 单钉双剪载荷下损伤扩展分析53-56
• 3.4 小结56-58
• 第四章 湿热环境下开孔复合材料层合板强度影响因素讨论58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 湿热效应58-63
• 4.2.1 湿热环境对拉伸强度的影响58-60
• 4.2.2 湿热环境对压缩强度的影响60-61
• 4.2.3 湿热环境对挤压强度的影响61-63
• 4.3 板宽-孔径比对开孔层合板强度的影响63-68
• 4.3.1 板宽-孔径比对拉伸强度的影响64-65
• 4.3.2 板宽-孔径比对压缩强度的影响65-67
• 4.3.3 板宽-孔径比对挤压强度的影响67-68
• 4.4 不同螺栓类型对层合板单钉双剪挤压强度的影响68-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-75
• 5.1 全文总结72-73
• 5.2 本文的主要创新点73-74
• 5.3 展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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本文编号：937114