近年來隨著復(fù)合材料在工業(yè)工程的需求和應(yīng)用以及認(rèn)可度逐年提高,對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究也受到關(guān)注,主要圍繞其力學(xué)性能和損傷機(jī)理。根據(jù)材料研究經(jīng)驗(yàn),研究方法主要分為試驗(yàn)、理論和仿真,隨著研究加深仍存在難點(diǎn)需要攻克,主要分為三點(diǎn):機(jī)織復(fù)合材料準(zhǔn)確的漸進(jìn)損傷機(jī)理描述;確定合適的機(jī)織復(fù)合材料的損傷準(zhǔn)測和失效模型;多種復(fù)雜工況下機(jī)織復(fù)合材料的性能預(yù)測。其中實(shí)際應(yīng)用的復(fù)雜載荷下,機(jī)織物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致的面內(nèi)剪切變形對材料性能的漸進(jìn)影響研究尚且不足。因此,本文通過機(jī)織復(fù)合材料單向拉伸和面內(nèi)剪切試驗(yàn)以及彈性研究,揭示試驗(yàn)試件的多種損傷模式擴(kuò)展過程,基于有限元和漸進(jìn)損傷演化理論,自定義材料模型,進(jìn)行宏-細(xì)觀尺度仿真,與試驗(yàn)對比,實(shí)現(xiàn)對機(jī)織復(fù)合材料在拉伸和面內(nèi)剪切工況下編織結(jié)構(gòu)變形對于力學(xué)性能變化和漸進(jìn)損傷失效的影響分析和預(yù)測。首先,圍繞機(jī)織復(fù)合材料彈性階段,建立有限元模型和理論模型。對比結(jié)果證明兩種模型都能有效預(yù)測材料宏觀彈性性能,其中理論模型計(jì)算方便快捷,而細(xì)觀有限元方法可以清晰準(zhǔn)確模擬機(jī)織復(fù)合材料在多種載荷下的變形和應(yīng)力應(yīng)變分布。其次,基于數(shù)字圖像相關(guān)法進(jìn)行機(jī)織復(fù)合材料的單向拉伸試驗(yàn),結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象分析材... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

機(jī)織復(fù)合材料層合板損傷形式示意圖

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2泛普及，能夠準(zhǔn)確探測織物結(jié)構(gòu)和基體材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)[4]，進(jìn)而可以通過對機(jī)織復(fù)合材料內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)的多種損傷模式的觸發(fā)演化過程的研究，準(zhǔn)確預(yù)測機(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能和損傷特性，因此，從細(xì)觀尺度研究機(jī)織復(fù)合材料的漸進(jìn)損傷問題已經(jīng)成為機(jī)織復(fù)合材料應(yīng)用推進(jìn)的主要研究方向。圖1.1機(jī)織復(fù)合材料層合板損傷形式示意圖隨著對機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)觀尺度力學(xué)性能和損傷特性研究的開展，研究學(xué)者已基本掌握纖維在拉伸/壓縮載荷下的機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)響應(yīng)，然而機(jī)織復(fù)材料在工程實(shí)際應(yīng)用中的往往是復(fù)雜載荷工況下，載荷方向與纖維的編織方向隨機(jī)分布，由此引起機(jī)織復(fù)合材料在受外力載荷過程中發(fā)生的面內(nèi)剪切變形尤為普遍，如圖1.2所示。機(jī)織物的面內(nèi)剪切變形會促使纖維編織結(jié)構(gòu)的角度發(fā)生明顯變化，隨著變形的增加，角度不斷變化，會持續(xù)影響機(jī)織復(fù)合材料的材料性能，纖維、基體、界面觸發(fā)損傷后的演化過程，進(jìn)而影響工程應(yīng)用的耐久性和耐沖擊性，因此掌握面內(nèi)剪切載荷下的機(jī)織復(fù)合材料剪切變形對于其力學(xué)性能和損傷特性的影響對于耐久應(yīng)用極具重要參考意義。圖1.2機(jī)織復(fù)合材料材料面內(nèi)剪切示意圖對于復(fù)合材料的細(xì)觀損傷研究主要基于試驗(yàn)和仿真，但復(fù)合材料具有明顯的試驗(yàn)重復(fù)性低，工藝成本高，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難清晰的研究各組分材料的損傷

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文10（c）宏觀尺度圖2.1機(jī)織復(fù)合材料多尺度示意圖細(xì)觀尺度研究的本質(zhì)是針對均勻應(yīng)力或應(yīng)變的載荷條件下，研究復(fù)合材料代表性體積單元，在微觀尺度的材料屬性和結(jié)構(gòu)參數(shù)下，表征材料本構(gòu)用關(guān)系的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，等效推導(dǎo)宏觀材料性能和失效過程，因此實(shí)際上細(xì)觀尺度可視為銜接材料微觀尺度和宏觀尺度的中間過程，微觀尺度可以提供均勻浸漬纖維和纖維束的材料屬性，而宏觀尺度模型可以使用細(xì)觀模型均勻化后的結(jié)果。而機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)觀尺度研究更加集中的原因是，其繁雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響材料宏觀性能，選用具有特征性的體積單元建立模型需要以復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)分析方法為基礎(chǔ)和以基體、纖維等為基本材料組分，進(jìn)而以纖維體積含量、纖維束的斷面形狀空間構(gòu)型等為條件，根據(jù)材料研究的相關(guān)理論基礎(chǔ)，包括材料力學(xué)、彈性力學(xué)等，模擬分析復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能以及細(xì)觀損傷過程。2.2機(jī)織復(fù)合材料細(xì)觀漸進(jìn)損傷行為研究2.2.1機(jī)織復(fù)合材料細(xì)觀有限元分析流程機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)觀有限元分析是進(jìn)行力學(xué)性能變化規(guī)律、研究單胞內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變嘗確定損傷起始條件和位置以及模擬復(fù)合材料損傷發(fā)展和相關(guān)力學(xué)性能變化的有力工具。細(xì)觀尺度分析，模擬組分材料在宏觀材料力學(xué)失效過程中的細(xì)觀失效機(jī)理以及性能退化過程。也是作為材料多尺度建模的核心過程。對用于金屬等均勻材料研究的傳統(tǒng)宏觀力學(xué)分析，基于忽略材料內(nèi)部阻力的力學(xué)響應(yīng)的假設(shè)，將材料均值歸一化，僅從等效宏觀尺度下分析力學(xué)屬性。然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，組分材料由于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能，在編織結(jié)構(gòu)的不同位置會具有不同的失效破壞形式，其力學(xué)性能也不同。如圖2.2所示為采用細(xì)觀有限元方法對機(jī)織復(fù)合材料的損傷算法流程的分析過程。仿真應(yīng)基于準(zhǔn)確的編織結(jié)構(gòu)實(shí)?

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：2941115