【摘要】：近年來在工業(yè)生產(chǎn)對復(fù)合材料需求逐年增加的大背景下,針對纖維增強復(fù)合材料的剛度、強度和損傷機理研究一直是固體力學(xué)學(xué)科的熱點和難點問題。很多學(xué)者分別從試驗、理論和仿真方面給出了解答,但仍然有兩大問題亟待解決。主要包括:機織復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下的漸進損傷機理定性及定量描述;適用于機織復(fù)合材料的損傷準(zhǔn)測和失效模型的提煉與選擇。本文在開展機織復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)拉伸和壓縮試驗的基礎(chǔ)上,利用從試驗獲取的宏、細觀力學(xué)特征,主要包括:應(yīng)力-應(yīng)變曲線、聲發(fā)射能量累積曲線和全場應(yīng)變結(jié)果,總結(jié)該材料的損傷規(guī)律和失效特點,而后從細觀尺度出發(fā),基于連續(xù)性損傷力學(xué)和漸進損傷演化理論,提出一個修正的材料本構(gòu)模型,對機織復(fù)合材料漸進損傷和失效進行分析和預(yù)測。本文的具體工作如下:首先,通過實驗對斜紋機織復(fù)合材料進行了拉伸和壓縮試驗,分析機織復(fù)合材料的破壞過程。為了分析機織材料準(zhǔn)靜態(tài)的材料內(nèi)部的細觀失效模式的狀態(tài)和歷程,以及對材料宏觀力學(xué)響應(yīng)的影響,試驗借助聲發(fā)射(AE)監(jiān)測手段分析材料內(nèi)部損傷狀態(tài)隨外載荷的演化規(guī)律。采用數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)分析材料的宏觀應(yīng)變場的應(yīng)力分布隨載荷和損傷的變化歷程。通過準(zhǔn)靜態(tài)試驗過程和結(jié)果,基于聲發(fā)射信號和全場應(yīng)變分布隨整個加載破壞行為的歷程變化,結(jié)合宏觀力學(xué)響應(yīng)和細觀損傷漸進過程中的信息,分析宏觀、細觀損傷演化規(guī)律。為漸進損傷分析模型提供試驗基礎(chǔ)。其次,數(shù)值分析部分。根據(jù)世界范圍競賽對不同的失效準(zhǔn)則排名的結(jié)論,基于Puck失效準(zhǔn)則和擴展的三維Hashin失效準(zhǔn)則,提出一個考慮細觀失效機制的漸進損傷模型。從細觀角度,考慮組份材料不同的破壞模式。主要將纖維束的失效模式分為纖維失效模式(FF)和纖維間失效模式(IFF)�；谌S的A.Matzenmiller各向異性損傷本構(gòu)方程,引入了表征不同失效模式的損傷內(nèi)變量。結(jié)合ABAQUS用戶子程序接口,編寫了基于Puck和Hashin失效準(zhǔn)則的漸進損傷演化模型的VUMAT子程序。最后,應(yīng)用上述模型對T800H-6k/803A碳纖維雙馬樹脂基織物復(fù)合材料開展?jié)u進損傷分析,并對比數(shù)值計算和試驗分析結(jié)果。根據(jù)機織復(fù)合材料的實際尺寸提取了代表性體積單胞;建立幾何模型;導(dǎo)入Hypermesh前處理軟件劃分周期性網(wǎng)格。在商業(yè)有限元軟件Abaqus中施加周期性邊界條件,并分析單軸拉伸載荷下材料的漸進損傷和失效行為。將基于代表性體積單胞的漸進損傷演化分析結(jié)果與聲發(fā)射監(jiān)測獲取的損傷演化信息對比,驗證理論模型和用戶子程序的可靠性和討論誤差來源。綜上所述:本文從試驗和數(shù)值仿真兩個方面針對機織復(fù)合材料的細觀尺度上的失效模式和漸進損傷行為開展了研究。獲取了該類材料在準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下?lián)p傷、失效的宏、細觀表征參數(shù);實現(xiàn)基于細觀尺度的三維復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的漸進損傷演化分析模型建立;通過將預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果對比,證明該仿真方法在預(yù)測機織復(fù)合材料剛度強度方面具有較好的結(jié)果。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文互之間的編織角度影響局部應(yīng)力分布和損傷的觸發(fā)。Lei,SY[13]分析了纖維束體積分?jǐn)?shù)對局部應(yīng)變的影響。因此，，纖維的體積分?jǐn)?shù)是一個重要的分析參數(shù)。Lomov,Stepan Vladimirovitch 等人[14]，研究了織物層與層之間的相互嵌套，表明不同程度的嵌套現(xiàn)象導(dǎo)致剛度在 10-20%之間的波動和對分層的強度有一定影響。Chou and Ishikawa[15]最早提出一個拼接模型(Mosaic model)模型，基于經(jīng)典層合板理論，預(yù)測二維機織復(fù)合材料的等效彈性能。繼而，Gao, X-L[16]等人，通過采用拼接模型(Mosaic model)模型，如圖 1-1 對機織復(fù)合材料分析，并進行參數(shù)研究分析。

- 6 -圖 1-2 (a)3D 正交機織單包模型；(b)3-D 拼接單包模型[17]Chou,Ishikawa 等人[18]提出三個分析模型研究機織復(fù)合材料的剛度和 Mosaic model 如圖 1-3 能有效預(yù)測材料彈性剛度性能。其中考慮纖對機織復(fù)合材料的扭結(jié)(knee behaviour)失效行為。作者從兩方面分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

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本文編號：2538986