本文關(guān)鍵詞：三維四向編織復合材料力學性能的有限元分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

三維四向編織復合材料力學性能的有限元分析

復合材料學報ActaMateriaeCompositaeSinica

文章編號:1000-3851(2005)05-0155-07

第22卷　第5期　　10月　2005年Vol.22

No.5

October

2005

三維四向編織復合材料力學性能的有限元分析

楊振宇1,盧子興1,*,劉振國1,李仲平2

(1.北京航空航天大學固體力學研究所,北京100083;2.航天材料工藝研究所,北京100076)

摘　要:　在已有研究的基礎(chǔ)上,提出了一個新的三維編織復合材料單元胞體模型,該模型正確地反映了纖維束的交織方式,十分接近三維編織復合材料的真實結(jié)構(gòu),可用于三維四向編織復合材料有效模量的有限元數(shù)值預報,并合理確定復合材料內(nèi)部全場應力分布。采用有限元軟件對該模型進行了力學分析,得到了相關(guān)等效彈性性能參數(shù)。結(jié)果表明:有限元計算得到的三維編織復合材料的等效彈性性能與實驗結(jié)果和理論預測值都吻合較好,從而驗證了該模型的有效性。此外,基于新的單元胞體模型還確定了三維四向編織復合材料的應力場,為進一步的強度計算奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:　三維編織;復合材料;有限元;等效彈性性能;應力場中圖分類號:　TB330.1　　文獻標識碼:A

FINITEELEMENTANALYSISOFTHEMECHANICAL

PROPERTIESOF3-DBRAIDEDCOMPOSITES

YANGZhenyu,LUZixing

1

1,*

,LIUZhenguo,LIZhongping

12

(1.InstituteofSolidMechanics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China;

2.InstituteofSpaceMaterialTechnology,Beijing100076,China)

Abstract:　Onthebasisofavailablestudies,anewmodelofrepresentativevolumeelementsof3-Dbraidedcom-positesisproposed,whichtrulyreflectsthebraidedmannerandcoincideswiththeactualconfigurationofthebrai-dedcomposites.Itcanbeusedtopredicttheeffectivemodulusof3-DbraidedcompositeswithFiniteElementMeth-od(FEM)anddetermineitsstressfieldinreason.Thefiniteelementsoftwarewasadoptedtostudythemechanicalpropertiesofthismodel,andtheeffectivepropertiesofelasticitywereobtained.Theresultsshowthattheonesoffiniteelementcalculationfitwellwiththeexperimentalresultsandtheoreticalprediction,whichdemonstratesthevalidityofthismodel.Inaddition,basedonthenewmodel,thestressfieldof3-Dbraidedcompositesintensionorshearingisdetermined,whichprovidesthebasisforstrengthcalculationinthefuture.

Keywords:　threedimensionalbraiding;composites;FEM;effectiveelasticproperties;stressfield

　　隨著計算機應用的普及和各種有限元計算方法及理論的發(fā)展,用有限元分析來預報復合材料力學性能的工作不斷涌現(xiàn),但相對而言,對編織復合材

料的力學計算還不多見,且由于編織復合材料結(jié)構(gòu)的復雜性,所以目前的分析模型一般均包含有較多的脫離實際的假設(shè)。編織復合材料有限元分析的工作主要有:Lei等建立了三維桁架結(jié)構(gòu)的有限元胞體模型,其中用梁單元模擬纖維束,而基體簡化為桿單元,該模型雖然在一定程度上反映了復合材料中纖維束的交織情況,但對纖維束和基體的受力、

[1]

變形方式及它們之間相互作用的處理過于簡化。Chen等[2]基于變分原理,提出用有限多相單元法來預測三維編織復合材料的有效性能。Tang等從三維編織復合材料的細觀結(jié)構(gòu)入手,采用非線性有限元模擬分析了三維編織復合材料的變形。而孫慧玉等則通過均勻化理論和非協(xié)調(diào)多變量有限元法研究了三維編織復合材料的微觀力學性能,提出采用非協(xié)調(diào)位移單元和混合應力單元來模擬三維編織復合材料的有效彈性力學性能。最近,龐寶君等[5]根據(jù)自己所建立的三維多向編織復合材料的單胞幾何

[4]

[3]

收稿日期:2004-11-09;收修改稿日期:2005-01-07基金項目:航空科學基金資助項目(04B51045)通訊作者:盧子興,教授,主要研究方向為復合材料力學、泡沫材料力學　E-mail:luzixing@

  本文關(guān)鍵詞：三維四向編織復合材料力學性能的有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。