本文關(guān)鍵詞：樹(shù)脂基復(fù)合材料自修復(fù)中二維管網(wǎng)載體的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：復(fù)合材料在使用過(guò)程中,會(huì)受外界環(huán)境的影響產(chǎn)生裂紋、內(nèi)部分層等缺陷,如不及時(shí)修復(fù),將縮短材料使用壽命并帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。而內(nèi)部損傷很難被檢測(cè),為此提出復(fù)合材料自修復(fù)技術(shù),即在材料出現(xiàn)損傷(如微裂紋)后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù),不需人工參與。本文主要針對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料自修復(fù)中二維管網(wǎng)載體展開(kāi)研究。首先,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和有限元分析相結(jié)合的方法確立管網(wǎng)在基體材料中的體積百分比閾值。制備環(huán)氧樹(shù)脂基體試樣,進(jìn)行了拉伸和彎曲實(shí)驗(yàn)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了環(huán)氧樹(shù)脂的相關(guān)力學(xué)參數(shù)彈性模量、泊松比、強(qiáng)度極限等分別為3.93GPa、0.34和20.6MPa,并通過(guò)有限元建模和仿真,得到了二維管網(wǎng)載體體積百分比閾值為5.24%。其次,針對(duì)正交自修復(fù)二維管網(wǎng)載體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在給定入口總流量下,根據(jù)選定的管徑范圍,以管網(wǎng)的體積百分比和流動(dòng)效率為優(yōu)化目標(biāo),采用改進(jìn)后的多目標(biāo)遺傳算法—NSGA-II,并結(jié)合哈迪?克羅斯迭代法對(duì)單入單出和雙入雙出的二維管網(wǎng)載體模型分別進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果得到:迭代12000次后,單入單出和雙入雙出管網(wǎng)模型都收斂且體積百分比均在閾值范圍內(nèi),這說(shuō)明此優(yōu)化算法的可行性。通過(guò)歸一化處理從Pareto解中選出了最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案,分別為非劣解50和非劣解44,并獲得每根管道的流速、流量等。最后,采用分析和數(shù)值模擬方法研究了流體在二維管網(wǎng)載體流道中的流動(dòng)特性。以單入單出和雙入雙出的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案為研究對(duì)象,采用Gambit軟件劃分網(wǎng)格,邊界條件為速度入口、自由出流,流態(tài)為層流模型。采用Fluent軟件仿真分析了這兩種管網(wǎng)模型管道內(nèi)部流場(chǎng),迭代收斂后,得到了壓力、速度分布云圖及矢量圖,觀察了管網(wǎng)中液體流動(dòng)的狀態(tài)及走向,并計(jì)算求得每根管道中液體的流速,將仿真速度與優(yōu)化速度進(jìn)行了對(duì)比,得到兩者速度值接近。同時(shí)分析比較了含裂紋和不含裂紋的單入單出二維管網(wǎng)模型的流動(dòng)狀態(tài),結(jié)果表明部分液體從裂紋處流出,將造成管道速度值減小。
【關(guān)鍵詞】：自修復(fù) 管網(wǎng) 有限元 遺傳算法 流場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 復(fù)合材料自修復(fù)中管網(wǎng)載體的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容10-12
• 第二章 二維管網(wǎng)載體的體積百分比閾值12-21
• 2.1 有限元模型構(gòu)建12-14
• 2.1.1 純環(huán)氧樹(shù)脂材料參數(shù)的確定12-13
• 2.1.2 建立模型13-14
• 2.2 純環(huán)氧樹(shù)脂的仿真及分析14-16
• 2.2.1 設(shè)置單元屬性14-15
• 2.2.2 網(wǎng)格劃分15
• 2.2.3 加載并求解15
• 2.2.4 有限元結(jié)果分析15-16
• 2.3 埋入二維管網(wǎng)的自修復(fù)環(huán)氧樹(shù)脂的仿真16-19
• 2.3.1 建立自修復(fù)模型16-17
• 2.3.2 劃分網(wǎng)格及加載求解17
• 2.3.3 仿真結(jié)果及分析17-19
• 2.4 二維管網(wǎng)體積百分比閾值的確定19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第三章 二維管網(wǎng)載體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化21-36
• 3.1 二維管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型21-23
• 3.1.1 目標(biāo)函數(shù)的建立21-22
• 3.1.2 約束條件22-23
• 3.1.3 管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)23
• 3.2 非劣分層遺傳算法23-24
• 3.3 基于非劣分層遺傳算法的二維管網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化24-26
• 3.3.1 管徑編碼24
• 3.3.2 創(chuàng)建初始種群24
• 3.3.3 適應(yīng)度的確定24-25
• 3.3.4 選擇操作25
• 3.3.5 交叉操作25
• 3.3.6 變異操作25-26
• 3.3.7 算法的終止條件26
• 3.4 二維管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)26-28
• 3.5 模型優(yōu)化實(shí)例28-35
• 3.5.1 單入單出二維管網(wǎng)模型優(yōu)化及結(jié)果分析28-32
• 3.5.2 雙入雙出二維管網(wǎng)模型優(yōu)化及結(jié)果分析32-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 二維管網(wǎng)載體的流體模擬與軟件仿真36-56
• 4.1 流體力學(xué)基礎(chǔ)36-38
• 4.1.1 流體力學(xué)基本控制方程36-37
• 4.1.2 流態(tài)與雷諾數(shù)37-38
• 4.2 CFD軟件38-39
• 4.2.1 Gambit簡(jiǎn)介38
• 4.2.2 Fluent軟件介紹38-39
• 4.3 不含裂紋單入單出二維管網(wǎng)載體流動(dòng)仿真分析39-48
• 4.3.1 模型的建立39-41
• 4.3.2 邊界條件的設(shè)置及求解器求解41
• 4.3.3 判斷迭代收斂41-43
• 4.3.4 仿真輪廓線分析43-45
• 4.3.5 仿真流速值的求解45-46
• 4.3.6 結(jié)果分析46-48
• 4.4 不含裂紋雙入雙出二維管網(wǎng)載體流動(dòng)仿真分析48-52
• 4.4.1 建立幾何模型、網(wǎng)格及邊界條件48-49
• 4.4.2 仿真結(jié)果49-50
• 4.4.3 結(jié)果分析50-52
• 4.5 含裂紋的二維管網(wǎng)載體流動(dòng)仿真分析52-55
• 4.5.1 模型的建立和網(wǎng)格劃分53
• 4.5.2 仿真結(jié)果53-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第五章 總結(jié)與展望56-58
• 5.1 總結(jié)56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 致謝61-62
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62

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本文編號(hào)：357685