發(fā)布時(shí)間：2020-10-21 14:25

　　 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比于傳統(tǒng)材料具有綠色環(huán)保、比強(qiáng)度和比剛度更高以及可設(shè)計(jì)性良好等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、海洋船舶、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景。但復(fù)合材料的制造工藝十分復(fù)雜,由于環(huán)境溫濕度、纖維預(yù)應(yīng)力、固化溫度等因素的變化,會(huì)使得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品的宏觀彈性模量存在一定的分散性,并導(dǎo)致其服役性能也存在一定的分散性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)分散性的研究主要是采用改進(jìn)材料制備工藝、缺陷修復(fù)等手段來(lái)減少?gòu)?fù)合材料的性能分散,但分散性不可能被根除,并且國(guó)際上少有關(guān)于分散性對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響的研究。力學(xué)性能的分散性是影響復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量的首要因素,但運(yùn)用目前一般的復(fù)合材料力學(xué)方法去計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng),所得結(jié)果只是一種理想值,不能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及其服役性能的分布情況。本文考慮了材料性能的不均勻性及其隨機(jī)分布,并將這種隨機(jī)分布模型植入有限元?jiǎng)恿Τ绦?則每進(jìn)行一次動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算都相當(dāng)于一次虛擬測(cè)試,從而在設(shè)計(jì)階段即可預(yù)測(cè)宏觀彈性模量不均勻性對(duì)復(fù)合材料制成品力學(xué)響應(yīng)的影響,獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)的上、下限,在原材料質(zhì)量分布和制成品力學(xué)性能之間建立量化關(guān)系,是實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)性能控制的關(guān)鍵手段,本文的具體工作如下:1)由于彈性模量分散性是影響復(fù)合材料彈性力學(xué)響應(yīng)的主要因素,故本文基于中心極限定理,提出了彈性模量分散性的具體表征公式,并將其引入彈性三維有限元理論,建立了復(fù)合材料宏觀彈性模量分散性與有限元綜合的混合模型,開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的有限元?jiǎng)恿W(xué)程序,初步構(gòu)建了正交各向異性復(fù)合材料板彈性力學(xué)響應(yīng)的虛擬測(cè)試方法。2)從局部響應(yīng)的角度討論了彈性模量分散性對(duì)復(fù)合材料板服役性能的影響:當(dāng)考慮分散性后,正四邊形的復(fù)合材料板中心撓度的峰值變化不大而面內(nèi)位移卻顯著增加,此時(shí)傳統(tǒng)復(fù)合板理論中性層面內(nèi)位移可以被忽略的假設(shè)不再成立。3)從整體響應(yīng)的角度討論了分散性的影響:發(fā)現(xiàn)彈性模量的分散性會(huì)導(dǎo)致板的撓度響應(yīng)在局部區(qū)域顯著扭曲,是復(fù)合材料板局部出現(xiàn)翹曲和扭曲變形的來(lái)源,使得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)發(fā)生局部失效的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。4)模態(tài)分析表明,纖維彈性模量的分散性使得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的模態(tài)振型從整體連續(xù)均勻變形變?yōu)榫植考型蛔?從頻域角度解釋了撓度等值線局部顯著扭曲的現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TB33
【部分圖文】：

圖１．２?ＳｉＣｗ／ＡＩ復(fù)合材料的力學(xué)性能分散性１１５１??ｊ．Ｒ．ｗｎｉｓ［１６］討論了當(dāng)復(fù)合材料只有少量的統(tǒng)計(jì)資料可以參考應(yīng)用的時(shí)候，可??以估算復(fù)合材料全模量算子的一些計(jì)算方法。認(rèn)為如果將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料看作??隨機(jī)分布的不均勻介質(zhì)的模型，那么“全模量算子”可以建立應(yīng)力和應(yīng)變之間的綜??合平均值的關(guān)系。??２０１２年高希光［１７】等人采用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法分別用均勻分布和正態(tài)分布模??擬復(fù)合材料纖維中心位置的隨機(jī)變化，計(jì)算出復(fù)合材料性能的子樣，最后用數(shù)理??統(tǒng)計(jì)的方法處理數(shù)據(jù)得到材料性能的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)由纖維位置變化引起的材料分散??性隨纖維體積比的變化先增大然后減小。??根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)改善纖維制備工藝或減少組織缺陷可??以使復(fù)合材料力學(xué)性能的分散性得到改善，但這些改善都是限于一定程度上的，??并不能根本地解決分散性問(wèn)題。其中纖維褶皺與植物纖維材料是在工程應(yīng)用中常??見(jiàn)的分散性現(xiàn)象。??

緒論??維偏轉(zhuǎn)角的分布圖，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)纖維偏轉(zhuǎn)角度在整個(gè)構(gòu)件中呈現(xiàn)??隨機(jī)正態(tài)分布特性，微觀影像圖和偏轉(zhuǎn)角的等值線圖如圖１．３所示［２１］。??ｒ＾＾Ｐｌ??圖１．３纖維偏轉(zhuǎn)角隨機(jī)分布圖ｉｒｕ??褶皺缺陷對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件力學(xué)性能的影響被學(xué)者進(jìn)行了廣泛深入的研究，發(fā)??現(xiàn)該缺陷會(huì)嚴(yán)重削弱復(fù)合材料構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度性能［２Ｍ３］，并且ＰｉｇｇｏｔｔＭ．和??Ｓｔｅｃｅｎｋｏ?Ｔ．等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)面內(nèi)的褶皺對(duì)結(jié)構(gòu)承載力學(xué)性能的影響要比面外褶??皺影響大［２４＿２５］。一方面，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者［２６＿２８］采用代表性體積單元（ＲＶＥ）結(jié)合??有限元方法對(duì)含有褶皺缺陷的復(fù)合材料宏觀彈性性能進(jìn)行了分析。Ｈｓｉａｏ和??Ｄａｎｉｄ［２９］基于含有周期性褶皺的代表性體積元摸型提出了預(yù)測(cè)含有褶皺缺陷復(fù)??合材料板的有效彈性性能的方法，該理論值與試驗(yàn)結(jié)果有較好地一致性，并將該??分析方法推廣到預(yù)測(cè)含有褶皺缺陷的復(fù)合材料板在壓縮載荷作用下的強(qiáng)度值［３（）］。??Ｚｈｕ等人［３１］基于均勻應(yīng)變假設(shè)采用ＲＶＥ方法對(duì)褶皺缺陷的復(fù)合材料板三維彈性??性能進(jìn)行預(yù)測(cè)并分析了褶皺缺陷對(duì)復(fù)合材料板面內(nèi)和面外性能的影響；Ｃｈｕｎ等??人［３２１基于均勻應(yīng)力假設(shè)分析了含褶皺缺陷的復(fù)合材料板在拉伸和壓縮載荷作用??下的行為

許希武等人［８４］針對(duì)�。常埃埃ǎ担ぃ福梗保睆�(fù)合材料進(jìn)行了多組不同低速?zèng)_??擊實(shí)驗(yàn)以及壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了不同沖擊能量作用下，復(fù)合材料板的沖擊損傷以及??沖擊能量的不同對(duì)壓縮強(qiáng)度的影響。研究了沖擊能力較高時(shí)，層合板內(nèi)部的纖維??斷裂破壞、壓縮破壞與分層損傷等問(wèn)題，分析了沖擊能力較小的情況下，表面上??不存在明顯現(xiàn)象，但內(nèi)部損傷較為劇烈。??Ｃｈｏｉ等人［８５］分析了在低速?zèng)_擊下石墨／環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料板層損傷與基體開(kāi)??裂之間的關(guān)系，得出了彎曲正應(yīng)力引起沖擊背面的基體開(kāi)裂損傷的結(jié)論，剪切應(yīng)??力會(huì)導(dǎo)致沖擊位置處的開(kāi)裂，進(jìn)一步的開(kāi)裂將會(huì)造成分層現(xiàn)象，其中剪切應(yīng)力與??層間正應(yīng)是主要的影響因素。??Ａｙｍｅｒｉｃｈ?Ｆ?＝８°］進(jìn)行了不同沖擊能下復(fù)合材料板的沖擊損傷試驗(yàn)，使用Ｘ射線??獲得了試驗(yàn)中材料的真實(shí)響應(yīng)，并使用有限元方法（ＦＥＭ）建立了數(shù)值摸型。研??究發(fā)現(xiàn)使用商業(yè)軟件計(jì)算得到的結(jié)果體現(xiàn)為均勻連續(xù)的變化，而試驗(yàn)中復(fù)合材料??的真實(shí)響應(yīng)存在局部畸變現(xiàn)象。??—
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2850236