【摘要】：相比于傳統(tǒng)層合復(fù)合材料,編織復(fù)合材料因其內(nèi)部纖維束相互交織在一起,結(jié)構(gòu)整體性能更加優(yōu)異,在航空航天等工程領(lǐng)域中,復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于編織結(jié)構(gòu)的基體和纖維具有不同的熱膨脹系數(shù),高溫服役環(huán)境下材料內(nèi)部不可避免的會(huì)產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)力,使材料宏觀性能發(fā)生變化,導(dǎo)致復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在困難,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與識(shí)別復(fù)合材料熱彈性相關(guān)參數(shù)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵之一。本文主要研究工作如下:首先,基于熱彈性力學(xué)理論提出一種編織復(fù)合材料熱彈性相關(guān)參數(shù)的預(yù)測(cè)方法。采用編織復(fù)合材料雙尺度有限元模型,施加周期性非絕熱溫度邊界條件和位移邊界條件,進(jìn)行編織復(fù)合材料熱彈性相關(guān)參數(shù)預(yù)報(bào)。以2.5維編織復(fù)合材料為對(duì)象,依次建立纖維束、2.5維編織結(jié)構(gòu)雙尺度單胞有限元模型,按照參數(shù)預(yù)報(bào)步驟首先取纖維束單胞模型,預(yù)測(cè)其熱彈性相關(guān)參數(shù),然后,將纖維束單胞預(yù)測(cè)結(jié)果代入到2.5維編織結(jié)構(gòu)單胞模型,預(yù)測(cè)2.5維編織復(fù)合材料熱彈性相關(guān)參數(shù)。其次,針對(duì)熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)靈敏度研究,首先通過(guò)熱彈性梁、板單元,系統(tǒng)的開(kāi)展了熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)有限元建模分析,具體推導(dǎo)了考慮溫度影響的單元?jiǎng)偠染仃嘖_T,和考慮熱應(yīng)力影響的單元?jiǎng)偠染仃嘖_σ。然后,采用復(fù)變函數(shù)法對(duì)熱彈性梁、板進(jìn)行靈敏度分析計(jì)算。為驗(yàn)證熱結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)有限元建模和靈敏度分析的正確性,分別以兩端固支梁和四邊簡(jiǎn)支板為對(duì)象,進(jìn)行熱模態(tài)分析和靈敏度計(jì)算。最后,在驗(yàn)證熱彈性梁、板單元?jiǎng)恿W(xué)有限元建模準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步驗(yàn)證靈敏度分析在熱結(jié)構(gòu)中的適用性。最后,基于編織復(fù)合材料熱彈性相關(guān)參數(shù)等效預(yù)測(cè)的結(jié)果,建立編織復(fù)合材料等效模型,并將此預(yù)測(cè)值作為參數(shù)識(shí)別的初值。對(duì)編織結(jié)構(gòu)等效模型和精細(xì)模型進(jìn)行振型匹配和相關(guān)性分析,對(duì)二維正交各向異性的材料參數(shù)進(jìn)行相對(duì)靈敏度分析。選取所有材料參數(shù)作為待識(shí)別參數(shù),利用復(fù)變函數(shù)相對(duì)靈敏度進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。最后,基于精細(xì)模型和等效模型的熱模態(tài)結(jié)果構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)殘差,識(shí)別編織復(fù)合材料熱彈性相關(guān)參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

性能更加優(yōu)異。編織結(jié)構(gòu)預(yù)制件按照纖維束的空間構(gòu)型，可分為 2 維織物、2.5 維織物、3 維織物等，如圖 1-1 所示。編織復(fù)合材料相較于傳統(tǒng)復(fù)合材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)：第一，編織預(yù)制件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，層間強(qiáng)度增加，具有良好的抗分層能力；第二，纖維束在編織過(guò)程中相互交織，通常具有彎曲的空間幾何特點(diǎn)，使編織復(fù)合材料在厚度方向具有一定的強(qiáng)度，整體結(jié)構(gòu)具有更加均勻的力學(xué)性能；第三，通過(guò)調(diào)整編織方式、編織工藝參數(shù)可易于獲得不同結(jié)構(gòu)性能的材料，具有更強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性。

面則為六面體與平行四邊形交替出現(xiàn)；2.單胞尺寸為 12.9mm×2mm×0.66mm ；相鄰紗線都緊密接觸，紗線與基體理想粘結(jié)，忽略接觸的熱阻效應(yīng)。以上假設(shè)中 1 是根據(jù)文獻(xiàn)[80]預(yù)制成型織物中緯紗和經(jīng)紗的截面形狀分別近似為平行四邊形、和矩形而作出的，如圖 2-13 所示。2.5 維 C/SiC 編織復(fù)合材料具體幾何模型參數(shù)6 所示。

圖 2-9 纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)示意圖合材料幾何模型所示，考慮經(jīng)紗、緯紗經(jīng)擠壓變材料代表性體積單元。圖 2-11、圖 2-12 分別有限元模型。在建模過(guò)程中假設(shè)：1.經(jīng)紗橫截四邊形交替出現(xiàn)；2.單胞尺寸為 12.9mm×2m

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本文編號(hào)：2791427