在追求高性能和低成本化的今天,性價比更高的大絲束平紋編織復合材料受到重視,被認為具有更好的應用前景。對于這類大絲束的顯著非均質復合材料而言,用宏觀均勻化性能及方法進行分析可能會引起較大偏差,特別是處理局部應力問題。一方面,在分析大結構或者進行粗略分析時,需要高效率;另一方面,在某些局部區(qū)域,應力分布不均勻,特別是涉及到強度問題時,需要高準確性。因此,借助于跨尺度的細觀分析模型,建立細觀參數(shù)和宏觀性能之間的聯(lián)系,并準確分析細觀參數(shù)對局部應力(孔邊應力)分布的影響具有重要的理論和應用意義。為了從細觀尺度分析編織復合材料的性能以及開孔處的應力分布,本文主要從細觀模型的建立、編織材料彈性常數(shù)的預測和孔邊應力分布三個方面進行了有限元模擬,并進行了平紋編織復合材料基本力學性能的測定。建模采用TEXGEN新型織物軟件,有限元模擬主要以ABAQUS軟件為基礎。通過試驗和數(shù)值模擬得出以下幾個方面的結論:建立了包含單纖維復合材料單胞和編織結點單胞的雙單胞跨尺度細觀模型,用以預測和分析編織復合材料的力學性能,算例證實了該模型和方法的有效性。利用細觀單胞模型分析了編織角和纖維體積含量對編織復合材料基本彈性性能...

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
        1.1.1 編織復合材料
        1.1.2 二維編織復合材料
        1.1.3 大絲束碳纖維
    1.2 研究進展及存在的問題
        1.2.1 研究背景
        1.2.2 復合材料宏觀尺度強度研究現(xiàn)狀
        1.2.3 編織復合材料細觀尺度研究現(xiàn)狀
        1.2.4 存在的問題
    1.3 本文研究的目的、意義及主要內容
        1.3.1 本文研究的目的、意義
        1.3.2 本文的主要研究內容
第二章 復合材料細觀力學理論基礎
    2.1 復合材料細觀力學
        2.1.1 稀疏方法
        2.1.2 Mori-Tanaka方法
        2.1.3 自洽法
        2.1.4 微分法
        2.1.5 廣義自洽法
        2.1.6 均勻化法
    2.2 有限元分析方法以及ABAQUS、TEXGEN軟件介紹
        2.2.1 有限元軟件ABABQUS簡介
        2.2.2 織物仿真軟件Texgen簡介
    2.3 本章小結
第三章 平紋編織復合材料單胞模型
    3.1 引言
    3.2 雙單胞跨尺度細觀模型
        3.2.1 單纖維復合材料單胞
        3.2.2 編織結點單胞
    3.3 周期性邊界條件(PBC)理論及其有限元實現(xiàn)
        3.3.1 周期性邊界條件理論
        3.3.2 有限元分析中周期性邊界條件的設定
        3.3.3 周期性邊界條件的Python程序流程
    3.4 彈性常數(shù)求解方法
    3.5 數(shù)值算例與分析
        3.5.1 單纖維復合材料模型算例驗證
        3.5.2 編織結點單胞模型算例驗證
        3.5.3 細觀力學分析
    3.6 工藝參數(shù)對彈性常數(shù)的影響
        3.6.1 纖維體積含量對彈性常數(shù)的影響
        3.6.2 編織角對彈性常數(shù)的影響
    3.7 本章小結
第四章 平紋編織復合材料彈性性能試驗及有限元分析
    4.1 引言
    4.2 碳纖維編織復合材料的拉伸性能試驗研究
        4.2.1 拉伸試驗裝置
        4.2.2 試驗材料及試樣
        4.2.3 試驗前準備
        4.2.4 數(shù)據(jù)處理及試驗結果
    4.3 碳纖維編織復合材料的剪切性能試驗研究
        4.3.1 剪切試驗裝置
        4.3.2 試驗材料及試樣
        4.3.3 試驗前準備
        4.3.4 數(shù)據(jù)處理及試驗結果
    4.4 碳纖維編織復合材料各組成相體積含量測試
        4.4.1 體積含量試驗裝置
        4.4.2 試驗材料及試樣
        4.4.3 試驗前準備
        4.4.4 數(shù)據(jù)處理及試驗結果
    4.5 有限元幾何模型
        4.5.1 單纖維復合材料單胞幾何模型
        4.5.2 編織結點單胞幾何模型
    4.6 力學性能分析
        4.6.1 纖維束性能分析
        4.6.2 編織復合材料單層板性能分析
    4.7 本章小結
第五章 平紋編織復合材料孔邊應力分析
    5.1 引言
    5.2 開孔復合材料層合板強度性能試驗研究
        5.2.1 試件尺寸及清單
        5.2.2 拉伸性能試驗結果及分析
        5.2.3 壓縮性能試驗結果及分析
    5.3 開孔復合材料層合板有限元分析
        5.3.1 幾何模型的建立
        5.3.2 材料方向
        5.3.3 有限元模型的建立
    5.4 開孔位置對開孔平紋編織復合材料孔邊應力分布的影響
        5.4.1 開孔位置的隨機性對平紋編織復合材料孔邊應力分析
        5.4.2 結論
    5.5 板寬/孔徑比對開孔平紋編織復合材料孔邊應力集中的影響
        5.5.1 孔徑大小對平紋編織復合材料孔邊應力分析
        5.5.2 結論
    5.6 鋪層方向對開孔平紋編織復合材料孔邊應力集中的影響
        5.6.1 不同鋪層角度對平紋編織復合材料孔邊應力分析
        5.6.2 結論
    5.7 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻



本文編號：3846077