本文關(guān)鍵詞：三維多向編織復(fù)合材料宏細觀力學(xué)性能及高速沖擊損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

正文 更多文章

三維多向編織復(fù)合材料宏細觀力學(xué)性能及高速沖擊損傷研究

字體大小： | | 2016-03-03 18:35

 【摘要】：三維多向編織復(fù)合材料纖維束相互交織形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠從根本上克服傳統(tǒng)層合復(fù)合材料層間強度低、易分層的致命缺點；同時，其優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，能夠很好地滿足航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧辖Y(jié)構(gòu)減重和高承載性能的要求，應(yīng)用前景十分廣闊。然而，材料的細觀結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，，表現(xiàn)出高度的非均勻性和各向異性，對其宏細觀力學(xué)性能及損傷機理的研究存在較大的難度。本文采用有限元數(shù)值模擬方法，緊緊圍繞多向編織材料的結(jié)構(gòu)建模、剛度強度性能預(yù)測和高速沖擊損傷分析等內(nèi)容展開研究。主要內(nèi)容包括： （1）針對三維四向、三維五向編織復(fù)合材料，基于四步法1×1編織工藝攜紗器的運動規(guī)律，研究了材料各區(qū)域紗線的面內(nèi)和空間運動軌跡，分析了材料內(nèi)胞、面胞和角胞的紗線構(gòu)型和拓撲結(jié)構(gòu)特征。通過假設(shè)紗線橫截面為特定形狀并考慮各區(qū)域紗線的擠壓狀況差異，以位置節(jié)點和樣條曲線擬合紗線空間軌跡，建立了三維多向編織復(fù)合材料的三單胞實體結(jié)構(gòu)模型。通過分析編織工藝參數(shù)與模型細觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，以紗線橫截面尺寸和內(nèi)部編織角為輸入?yún)?shù)，實現(xiàn)了三單胞模型的參數(shù)化。將材料的多胞結(jié)構(gòu)模型和采用虛擬切割方式獲得的內(nèi)胞空間結(jié)構(gòu)與已有試驗結(jié)果進行對比，初步驗證了所建三單胞模型的合理準(zhǔn)確性。 （2）基于三維多向編織復(fù)合材料的三單胞實體結(jié)構(gòu)模型，引入合適的邊界條件，基于ABAQUS/Standard軟件平臺，采用均勻化平均思想，建立了材料彈性性能預(yù)測的三單胞有限元模型。分析了三種單胞模型力學(xué)性能的差異并給出了典型載荷下三單胞模型的細觀應(yīng)力分布和變形狀態(tài)，探討了編織角和纖維體積含量對材料彈性性能的影響規(guī)律。 （3）針對紡織復(fù)合材料細觀有限元分析中，單胞網(wǎng)格的快速生成與順利施加周期性邊界條件之間的矛盾，提出了非周期性網(wǎng)格劃分條件下，一般性周期性邊界條件的數(shù)學(xué)表達形式，并通過在單胞模型的相對面、相對邊及相對角點施加多點約束（MPC）方程，實現(xiàn)了一般性周期性邊界條件在有限元軟件中的施加。基于周期性網(wǎng)格劃分和非周期性網(wǎng)格劃分情況下三維四向編織復(fù)合材料單胞模型變形狀態(tài)、應(yīng)力分布及彈性性能的對比分析結(jié)果，驗證了一般性周期性邊界條件的正確性和有效性。 （4）基于周期性細觀胞元分析思想，采用非線性有限元方法，應(yīng)用ABAQUS/Standard軟件平臺及材料用戶子程序UMAT，建立了三維多向編織復(fù)合材料的單向拉伸損傷分析模型。模型中區(qū)分了纖維束、基體和界面相三種組分材料，并結(jié)合組分材料本構(gòu)關(guān)系、失效準(zhǔn)則和材料性能退化方案，模擬了典型編織角材料的細觀損傷起始、擴展和最終失效過程，分析了材料的細觀損傷失效機理，并基于所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線預(yù)測了材料的拉伸強度。 （5）基于ABAQUS/Explicit軟件平臺，通過材料用戶子程序VUMAT定義三種單胞結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)，建立了三維多向編織復(fù)合材料高速沖擊損傷分析有限元模型。模型中采用三維粘彈性損傷本構(gòu)模型模擬組分材料的力學(xué)特性，將Tsai-Wu準(zhǔn)則和Mises準(zhǔn)則分別用于纖維束和基體的損傷失效判斷，模擬了材料的高速沖擊損傷破壞過程，探討了沖擊速度對材料彈道性能和靶板吸能特性的影響規(guī)律。

分享到：

上一篇：汽車磁力開關(guān)蓋BMC模塑料

下一篇：土木結(jié)構(gòu)用混雜復(fù)合材料筋制備及其性能

  本文關(guān)鍵詞：三維多向編織復(fù)合材料宏細觀力學(xué)性能及高速沖擊損傷研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。