本文關(guān)鍵詞：2.5維機(jī)織復(fù)合材料疲勞性能分析與試驗(yàn)研究

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【摘要】：2.5維機(jī)織復(fù)合材料作為復(fù)合材料的一個(gè)重要分支,近年來在航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域獲得了較為廣泛的應(yīng)用。它與傳統(tǒng)層板的最大區(qū)別在于其層與層之間存在著纖維之間的相互搭接,使得其層間性能大大增強(qiáng),并且具有較好的抗沖擊能力。在2.5維機(jī)織復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、使用過程中,疲勞問題是需要考慮的重要因素。因此,對(duì)其疲勞性能進(jìn)行深入研究具有十分重要的工程意義與理論價(jià)值。本文簡(jiǎn)要分析了2.5維機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)觀構(gòu)造形式,確定了主要參數(shù)的求解方法,并以此建立了2.5維機(jī)織復(fù)合材料的單胞模型。將局部單元?jiǎng)偠染仃囃ㄟ^坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,根據(jù)纖維體積含量加權(quán)平均獲得總體剛度矩陣,并以此算法為核心編寫了可視化VB程序計(jì)算2.5維機(jī)織復(fù)合材料的剛度。此外,對(duì)單胞模型采取以周期性邊界條件為基礎(chǔ)的有限元方法,在給定應(yīng)變下計(jì)算單元的平均應(yīng)力,并根據(jù)彈性材料的本構(gòu)方程獲得2.5維機(jī)織復(fù)合材料的剛度。在給定參數(shù)下對(duì)上述兩種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。以代表性體積單元法為基礎(chǔ),對(duì)2.5維機(jī)織復(fù)合材料進(jìn)行整體建模。利用由Tsai-Hill靜強(qiáng)度失效準(zhǔn)則推廣而來的疲勞失效準(zhǔn)則對(duì)單元是否失效進(jìn)行判定,采用基于疲勞損傷因子定義的剩余強(qiáng)度、剩余剛度模型來模擬2.5維機(jī)織復(fù)合材料的疲勞損傷過程,并給出算例進(jìn)行了分析。以2.5維機(jī)織復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,將其視為經(jīng)紗層和緯紗層組合而成的復(fù)合材料。在其經(jīng)紗層和緯紗層靜力分析的基礎(chǔ)上,分析了疲勞加載過程中二者的剛度退化導(dǎo)致的應(yīng)力重新分配的方法�；趩蜗虬迤S疲勞壽命預(yù)測(cè)方法,采用線性累積損傷Miner理論提出了2.5維機(jī)織復(fù)合材料的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。分別采用手糊和RTM工藝對(duì)單向板復(fù)合材料及2.5維機(jī)織復(fù)合材料進(jìn)行成型并加工成標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件,對(duì)試樣進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞性能測(cè)試,并將試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,線性累積損傷Miner理論預(yù)測(cè)壽命與試驗(yàn)值保持3倍誤差范圍內(nèi),說明該預(yù)測(cè)方法可用于2.5維機(jī)織復(fù)合材料的疲勞壽命預(yù)測(cè)。
【關(guān)鍵詞】：2.5維機(jī)織復(fù)合材料 單胞 有限元模擬 疲勞壽命 RTM工藝
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(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4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料的織造方法與成型工藝11-12
• 1.2.2 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料幾何模型12
• 1.2.3 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能12-13
• 1.3 復(fù)合材料疲勞國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 復(fù)合材料疲勞破壞機(jī)理13-14
• 1.3.2 復(fù)合材料疲勞的研究方法14-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 第二章 2.5 機(jī)織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)及有限元分析19-31
• 2.1 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料幾何構(gòu)型19-22
• 2.1.1 織造形式19-20
• 2.1.2 細(xì)觀幾何結(jié)構(gòu)20-22
• 2.2 工程彈性常數(shù)22-30
• 2.2.1 解析法22-25
• 2.2.2 基于單胞的有限元方法25-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第三章 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料疲勞性能的有限元模擬31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 復(fù)合材料疲勞加載的力學(xué)性能退化31-35
• 3.2.1 靜強(qiáng)度失效準(zhǔn)則31-32
• 3.2.2 疲勞強(qiáng)度失效準(zhǔn)則32-33
• 3.2.3 疲勞加載引起的緩慢退化33-34
• 3.2.4 疲勞加載引起的突然退化34-35
• 3.3 整體有限元分析方法35-36
• 3.4 算例分析36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第四章 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 靜力分析41
• 4.3 疲勞壽命預(yù)測(cè)方法41-45
• 4.3.1 單向板疲勞壽命預(yù)測(cè)方法42-43
• 4.3.2 疲勞損傷累積理論43-44
• 4.3.3 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料壽命預(yù)測(cè)方法44-45
• 4.4 模型驗(yàn)證45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第五章 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)研究47-57
• 5.1 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料的制備47-50
• 5.1.1 單向板成型工藝47
• 5.1.2 2.5 維機(jī)織復(fù)合材料成型工藝47-50
• 5.2 準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)50-54
• 5.2.1 試驗(yàn)件制備50-52
• 5.2.2 試驗(yàn)儀器和設(shè)備52-53
• 5.2.3 準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)過程53-54
• 5.3 拉-拉疲勞試驗(yàn)54-56
• 5.3.1 試驗(yàn)儀器和設(shè)備54
• 5.3.2 拉-拉疲勞試驗(yàn)過程54-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 第六章 總結(jié)和展望57-59
• 6.1 全文總結(jié)57-58
• 6.2 工作展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 致謝63-64
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1011122