本文選題：蜂窩結(jié)構(gòu) + 表面涂層��； 參考：《南昌航空大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：蜂窩材料作為一類重要的多孔材料,由于其具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。但是由于傳統(tǒng)蜂窩材料自身結(jié)構(gòu)的局限性,使得蜂窩材料在應(yīng)用方面有著很大的局限性。為了打破這一局限性,本文將通過在蜂窩結(jié)構(gòu)表面添加涂層來改善傳統(tǒng)蜂窩多孔結(jié)構(gòu)材料的整體性能。然而由兩種或兩種以上的異質(zhì)材料所制成復(fù)合材料的性能不僅取決于各組分的結(jié)構(gòu)和性能,而且在相當(dāng)程度上受到界面性能的影響。由于在研究涂層蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí)沒有考慮這種界面效應(yīng),所以本文先探索性的研究了界面性能對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料整體宏觀性能的影響。具體研究的內(nèi)容和結(jié)果包括以下幾個(gè)方面:(1)本文采用均勻化有限元方法,建立了三維(3D)代表體積單元(RVE)單胞模型,并進(jìn)行了用戶子程序代碼的編寫。(2)分別建立了正方形、三角形、圓形和正六邊形孔型的RVE模型。假定這幾種孔型的孔隙率保持一致,預(yù)測了它們的等效彈性性能參數(shù)。通過對這四種不同孔型結(jié)構(gòu)的蜂窩材料進(jìn)行分析,我們發(fā)現(xiàn)正六邊形孔型的蜂窩結(jié)構(gòu)材料的面內(nèi)剪切性能最優(yōu)。(3)在正六邊形蜂窩多孔結(jié)構(gòu)材料的表面添加涂層,通過均勻化方法成功預(yù)測了其等效彈性性能參數(shù),并與解析值進(jìn)行對比分析。數(shù)值與解析結(jié)果均表明:基于均勻化有限元模擬所得到的結(jié)果與解析公式所得到的數(shù)值相吻合。隨著涂層厚度的增加,面內(nèi)彈性模量以及軸向彈性模量均隨之增加;當(dāng)涂層厚度達(dá)到某一個(gè)數(shù)值時(shí),其面內(nèi)和軸向等效模量會(huì)超過實(shí)體材料的模量。(4)建立了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的均勻化三維RVE模型,在模型中分別采用了周期性或者均勻化邊界條件。先模擬計(jì)算了單向纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料(FRCs)的宏觀等效彈性模量并與理論結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證。同時(shí)引入內(nèi)聚力模型來分析在纖維與基體的不完美粘結(jié)的情況下界面性能對等效彈性常數(shù)和抗拉強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:完美粘結(jié)界面情況下,采用不同的邊界條件所計(jì)算的纖維增強(qiáng)陶瓷宏觀等效彈性模量與其理論結(jié)果相一致;與界面強(qiáng)度相比,界面剛度和斷裂能對復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度有顯著影響;復(fù)合材料的縱向抗拉強(qiáng)度幾乎獨(dú)立于界面性能,并且隨纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而急劇增加。
[Abstract]:Honeycomb material, as an important kind of porous material, is widely used in all walks of life because of its excellent mechanical and mechanical properties. But because of the limitations of the structure of the traditional honeycomb material, honeycomb material has a great limitation in the application. In order to break this limitation, this paper will add the surface of honeycomb structure. Coatings are added to improve the overall performance of the traditional honeycomb porous material. However, the properties of the composites made from two or more than two kinds of heterogeneous materials depend not only on the structure and properties of the components, but also on the interfacial properties to a considerable extent. Therefore, the effect of interface performance on the overall macro performance of fiber reinforced composites is studied in this paper. The contents and results of this study include the following aspects: (1) in this paper, a three-dimensional (3D) representative volume unit (RVE) single cell model is established by using the homogenization finite element method, and the code of the user subroutine is written. (2) the RVE model of square, triangular, circular and hexagonal pass is established respectively. It is assumed that the porosity of these kinds of pores is consistent and their equivalent elastic properties are predicted. By analyzing the honeycomb materials of these four different pore structures, we present the in-plane shear of the honeycomb structure material of the hexagonal pass. The performance is optimal. (3) the coating on the surface of a hexagonal honeycomb porous material is added. The equivalent elastic properties are predicted by homogenization and compared with the analytical values. Both numerical and analytical results show that the results based on the homogenization finite element simulation coincide with the numerical values obtained by the analytical formula. With the increase of coating thickness, the elastic modulus and the axial elastic modulus of the surface all increase. When the thickness of the coating reaches a certain value, the internal and axial equivalent modulus will exceed the modulus of the solid material. (4) the three-dimensional RVE model of the fiber reinforced composites is established, and the periodicity or the uniformity of the model is used respectively in the model. The macroscopic equivalent elastic modulus of the unidirectional fiber reinforced ceramic matrix composite (FRCs) was simulated and the results were compared with the theoretical results. The cohesion model was introduced to analyze the effect of the interfacial properties on the equivalent elastic constant and tensile strength under the imperfect bond between the fiber and the matrix. In the case of perfect bonding interface, the macro equivalent elastic modulus of fiber reinforced ceramics calculated by different boundary conditions is in accordance with the theoretical results. Compared with the interfacial strength, the interfacial stiffness and fracture energy have significant influence on the tensile strength of the composite; the longitudinal tensile strength of the composite is almost independent of the interfacial properties, and the tensile strength of the composite is almost independent of the interfacial properties. It increases sharply with the increase of fiber volume fraction.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：2012999