【摘要】：與傳統(tǒng)金屬材料相比,先進(jìn)復(fù)合材料在綜合性能上更具優(yōu)勢,其用量比例成為了航空航天先進(jìn)性的一個(gè)重要標(biāo)志。但由于復(fù)合材料的各向異性以及損傷模式機(jī)理的復(fù)雜性,導(dǎo)致其在失效分析的準(zhǔn)確性方面存在不足。針對以上問題,本文將Puck準(zhǔn)則運(yùn)用到有限元中分析程序,并基于此對纖維增強(qiáng)類復(fù)合材料進(jìn)行失效分析與實(shí)驗(yàn)研究。主要研究內(nèi)容及成果如下:1)給出了Puck準(zhǔn)則的基本原理及其數(shù)學(xué)方程式;利用計(jì)算機(jī)語言Fortran、Python編寫了兩種子程序?qū)uck準(zhǔn)則寫入有限元分析軟件Abaqus中,用于對復(fù)合材料層合板的失效行為進(jìn)行分析,分別為采用線性退化失效方式的自定義場變量子程序(Usdfld),以及基于本構(gòu)方程的損傷力學(xué)非線性退化方式的用戶材料子程序(Umat)。2)建立了單孔層合板三維有限元分析模型,分別使用Umat和Usdfld程序進(jìn)行單軸壓縮受力失效分析,分析結(jié)果表明:前者的計(jì)算結(jié)果精度較高,誤差僅為2.3%;基于后者的計(jì)算速度比前者快約14%;與軟件中的Hashin失效準(zhǔn)則相比誤差率與消耗時(shí)間都有所降低。3)以碳纖維復(fù)合材料層合板為例設(shè)計(jì)并完成了的單軸拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)程序的可靠性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與基于Puck準(zhǔn)則的仿真分析結(jié)果吻合性較好,總體誤差約在10%左右,表明本文方法具有較好的預(yù)測精度,能反應(yīng)材料結(jié)構(gòu)的真實(shí)力學(xué)行為和破壞形態(tài);分析了誤差產(chǎn)生的主要來源,包括試驗(yàn)件自身的缺陷、材料數(shù)據(jù)獲取方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)境(溫度、濕度)、試件與夾頭的摩擦等,針對以上誤差來源在文中最后提出改進(jìn)意見及解決方案。
【圖文】：

性能優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：1）具有高強(qiáng)比、高體成型能力，不存在由材料加工轉(zhuǎn)化為構(gòu)件，不僅降低成本還能縮短加工周期[1]；3）本又通過材料構(gòu)型設(shè)計(jì)使各組分的性能互相補(bǔ)具備的優(yōu)越性能。4）具有可設(shè)計(jì)性，其物理設(shè)計(jì),通過對復(fù)合的材料進(jìn)行選擇,可以最大限。隨著復(fù)合材料研究、生產(chǎn)及應(yīng)用的不斷擴(kuò)大材料在航空工程領(lǐng)域需求量不斷增大正是由于減重 20%～30%，，這對于飛行器的意義十分重指出[4]：目前亞音速飛機(jī)中使用各種先進(jìn)技術(shù)身共減重 24.3%，發(fā)動機(jī)與熱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化共的氣動設(shè)計(jì)與優(yōu)化能減重 4.6%，如圖 1.1，。各種先進(jìn)減重技術(shù)占比

隱身涂層十分復(fù)雜，有 7 種材料之多。隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，美涂層的耐磨涂料取代了之前的多達(dá) 7 種的一般材料，使得飛機(jī)的維[5]，專家預(yù)測，今后導(dǎo)電高分子電致變色材料、摻雜氧化物半導(dǎo)體材多地運(yùn)用于軍用飛機(jī)的隱身技術(shù)上。在航空發(fā)動機(jī)方面，針對渦輪料有著不同的運(yùn)用方式，對于常見的樹脂基復(fù)合材料，憑借其比強(qiáng)腐蝕性好，阻噪能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[6]，在航空發(fā)動機(jī)冷端部件(風(fēng)扇機(jī)匣)和發(fā)動機(jī)短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。而在需要承受止部件(如噴嘴、火焰穩(wěn)定器)，甚至高溫動態(tài)部件例如燃燒室火焰筒葉片上，主要以 SiC 或 C 纖維增強(qiáng)的 SiC 和 SiN 基的陶瓷基復(fù)合材漸成為主流[7]。我國在“風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星”及“神舟”系列飛船上均承力構(gòu)件，大大減輕了整星的質(zhì)量，降低了發(fā)射成本[8]。，一份針對歐洲民用飛機(jī)使用復(fù)合材料報(bào)告顯示“民用飛機(jī)的復(fù)合的 5%上升到如今的 50%之多”。如圖 1.2[9]，尤其是近 10 年內(nèi)，復(fù)合好幾倍。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V250.2

【參考文獻(xiàn)】

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3 王恒生;程艷婷;;復(fù)合材料在航天領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J];化工科技;2013年02期

4 王恒生;張國軍;程艷婷;楊振華;;固體推進(jìn)劑中新型含能材料研究進(jìn)展[J];化工科技;2012年01期

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6 李桂東;周來水;;復(fù)合材料構(gòu)件成型模具設(shè)計(jì)方法[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2009年06期

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8 黃爭鳴;張華山;;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度理論的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢——“破壞分析奧運(yùn)會”評估綜述[J];力學(xué)進(jìn)展;2007年01期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 陳慶遠(yuǎn);復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)的屈曲和后屈曲分析[D];上海交通大學(xué);2015年

2 王躍全;飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理設(shè)計(jì)漸進(jìn)損傷分析[D];南京航空航天大學(xué);2010年

3 王波;三維編織復(fù)合材料力學(xué)行為研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 羅嘉;基于宏—細(xì)觀多尺度建模的機(jī)織復(fù)合材料漸進(jìn)損傷和失效分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 韋嘯;大型復(fù)雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的承載能力研究[D];大連理工大學(xué);2016年

3 劉英芝;復(fù)合材料層合板疲勞行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

本文編號：2652019