本文關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料 細觀單胞模型 多尺度 層合板 破壞失效　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：復(fù)合材料具有比重小、高比強、高比模等許多優(yōu)越于傳統(tǒng)金屬材料的性能,因而在航空航天、船舶、兵器、車輛和風(fēng)力發(fā)電等軍民兩用領(lǐng)域中得到了越來越廣泛地應(yīng)用。復(fù)合材料一般由纖維與基體兩種材料性能各不相同的材料組合而成,表現(xiàn)出內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有多尺度化、各個材料高異質(zhì)化等顯著特點,造成其力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)具有很高的相關(guān)性。因此,研究復(fù)合材料的力學(xué)性能需將宏觀與細觀相互結(jié)合起來研究。本文旨在研究增強纖維復(fù)合材料的彈性性能及復(fù)合材料層板結(jié)構(gòu)的破壞強度和失效,為復(fù)合材料在工程實踐中的應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。首先,從纖維增強復(fù)合材料細觀尺度入手,提取能夠聯(lián)系宏細觀兩尺度的代表體積單元,根據(jù)代表體積單元劃分出能夠表征細觀特征信息的的重復(fù)單胞。利用單胞模型基本理論建立單胞模型方法求解過程并加以改進,將改進的求解過程編寫成計算程序,利用相關(guān)軟件的二次開發(fā)功能從細觀單胞模型入手計算宏觀復(fù)合材料的力學(xué)性能并與有限元軟件所計算的材料力學(xué)性能相對比,驗證該方法的正確性。其次,介紹復(fù)合材料層板結(jié)構(gòu)在ANSYS軟件分析中的單元選擇,鋪層角度設(shè)置以及層板結(jié)構(gòu)模型建立的方法,結(jié)合復(fù)合材料經(jīng)典層合板理論,分析纖維增強復(fù)合材料層板結(jié)構(gòu)各鋪層的應(yīng)力應(yīng)變情況,研究鋪層角度的不同對層板結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能所產(chǎn)生的影響。最后,根據(jù)復(fù)合材料的各種破壞失效判斷準(zhǔn)則,研究復(fù)合材料層板結(jié)構(gòu)在拉伸載荷作用下的破壞情況及裂紋擴展。結(jié)合細觀單胞模型,建立基于細觀單胞模型的ANSYS\LS-DYNA聯(lián)合建模方法,研究加載應(yīng)變率的不同造成材料破壞強度的變化。采用實驗機對材料進行加載破壞實驗,測量材料的破壞強度以及觀察裂紋擴展,驗證所分析方法的正確性。
[Abstract]:Composite materials have many advantages over traditional metal materials, such as small specific gravity, high ratio, high specific modulus, and so on, so they can be used in aerospace, ships, weapons, etc. The composite materials are generally composed of two kinds of materials with different properties of fiber and matrix, which show that the internal structure is multi-scale, and the composite materials are widely used in the field of military and civil use, such as vehicle and wind power generation, and the composite materials are composed of two kinds of materials with different properties, such as fiber and matrix. The remarkable characteristics of high heterogeneity of each material result in the high correlation between the mechanical properties and the structure. In order to study the mechanical properties of composite materials, we need to combine macroscopic and microscopical properties. The purpose of this paper is to study the elastic properties of reinforced fiber composites and the failure strength and failure of composite laminates. It provides a theoretical basis for the application of composite materials in engineering practice. Firstly, starting with the mesoscale scale of fiber reinforced composites, the representative volume units which can be connected with macro and micro scale are extracted. According to the representative volume unit, the repeated unit cell which can represent the mesoscopic characteristic information is divided. By using the basic theory of the unit cell model, the solution process of the unit cell model method is established and improved, and the improved solution process is compiled into a calculation program. The second development function of related software is used to calculate the mechanical properties of macroscopic composite materials from the meso cell model and compared with the mechanical properties of materials calculated by finite element software to verify the correctness of the method. This paper introduces the methods of element selection, layering angle setting and building of laminate structure model in the analysis of composite laminate structure in ANSYS software, combined with the classical laminate theory of composite material. The stress and strain of each layer of fiber reinforced composite laminates are analyzed, and the influence of different laying angles on the mechanical properties of laminates is studied. Finally, according to various failure criteria of composite materials, The failure and crack propagation of composite laminated structures under tensile loading are studied. A ANSYS\ LS-DYNA combined modeling method based on meso cell model is established. The change of material failure strength caused by different loading strain rate is studied. The failure strength of material is measured and the crack propagation is observed by means of an experimental machine to verify the correctness of the analytical method.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB332

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本文編號：1552254