本文關鍵詞：樹脂基復合材料自修復中二維管網載體的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：復合材料在使用過程中,會受外界環(huán)境的影響產生裂紋、內部分層等缺陷,如不及時修復,將縮短材料使用壽命并帶來嚴重的安全隱患。而內部損傷很難被檢測,為此提出復合材料自修復技術,即在材料出現(xiàn)損傷(如微裂紋)后可以實現(xiàn)自動修復,不需人工參與。本文主要針對樹脂基復合材料自修復中二維管網載體展開研究。首先,通過實驗和有限元分析相結合的方法確立管網在基體材料中的體積百分比閾值。制備環(huán)氧樹脂基體試樣,進行了拉伸和彎曲實驗測試,實驗結果得到了環(huán)氧樹脂的相關力學參數彈性模量、泊松比、強度極限等分別為3.93GPa、0.34和20.6MPa,并通過有限元建模和仿真,得到了二維管網載體體積百分比閾值為5.24%。其次,針對正交自修復二維管網載體拓撲結構進行了研究。在給定入口總流量下,根據選定的管徑范圍,以管網的體積百分比和流動效率為優(yōu)化目標,采用改進后的多目標遺傳算法—NSGA-II,并結合哈迪?克羅斯迭代法對單入單出和雙入雙出的二維管網載體模型分別進行了參數優(yōu)化。結果得到:迭代12000次后,單入單出和雙入雙出管網模型都收斂且體積百分比均在閾值范圍內,這說明此優(yōu)化算法的可行性。通過歸一化處理從Pareto解中選出了最優(yōu)拓撲結構方案,分別為非劣解50和非劣解44,并獲得每根管道的流速、流量等。最后,采用分析和數值模擬方法研究了流體在二維管網載體流道中的流動特性。以單入單出和雙入雙出的最優(yōu)拓撲結構方案為研究對象,采用Gambit軟件劃分網格,邊界條件為速度入口、自由出流,流態(tài)為層流模型。采用Fluent軟件仿真分析了這兩種管網模型管道內部流場,迭代收斂后,得到了壓力、速度分布云圖及矢量圖,觀察了管網中液體流動的狀態(tài)及走向,并計算求得每根管道中液體的流速,將仿真速度與優(yōu)化速度進行了對比,得到兩者速度值接近。同時分析比較了含裂紋和不含裂紋的單入單出二維管網模型的流動狀態(tài),結果表明部分液體從裂紋處流出,將造成管道速度值減小。
【關鍵詞】：自修復 管網 有限元 遺傳算法 流場
【學位授予單位】：華東交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 復合材料自修復中管網載體的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本文主要研究內容10-12
• 第二章 二維管網載體的體積百分比閾值12-21
• 2.1 有限元模型構建12-14
• 2.1.1 純環(huán)氧樹脂材料參數的確定12-13
• 2.1.2 建立模型13-14
• 2.2 純環(huán)氧樹脂的仿真及分析14-16
• 2.2.1 設置單元屬性14-15
• 2.2.2 網格劃分15
• 2.2.3 加載并求解15
• 2.2.4 有限元結果分析15-16
• 2.3 埋入二維管網的自修復環(huán)氧樹脂的仿真16-19
• 2.3.1 建立自修復模型16-17
• 2.3.2 劃分網格及加載求解17
• 2.3.3 仿真結果及分析17-19
• 2.4 二維管網體積百分比閾值的確定19-20
• 2.5 本章小結20-21
• 第三章 二維管網載體拓撲結構的優(yōu)化21-36
• 3.1 二維管網優(yōu)化設計數學模型21-23
• 3.1.1 目標函數的建立21-22
• 3.1.2 約束條件22-23
• 3.1.3 管網優(yōu)化設計23
• 3.2 非劣分層遺傳算法23-24
• 3.3 基于非劣分層遺傳算法的二維管網拓撲優(yōu)化24-26
• 3.3.1 管徑編碼24
• 3.3.2 創(chuàng)建初始種群24
• 3.3.3 適應度的確定24-25
• 3.3.4 選擇操作25
• 3.3.5 交叉操作25
• 3.3.6 變異操作25-26
• 3.3.7 算法的終止條件26
• 3.4 二維管網優(yōu)化設計的計算機程序實現(xiàn)26-28
• 3.5 模型優(yōu)化實例28-35
• 3.5.1 單入單出二維管網模型優(yōu)化及結果分析28-32
• 3.5.2 雙入雙出二維管網模型優(yōu)化及結果分析32-35
• 3.6 本章小結35-36
• 第四章 二維管網載體的流體模擬與軟件仿真36-56
• 4.1 流體力學基礎36-38
• 4.1.1 流體力學基本控制方程36-37
• 4.1.2 流態(tài)與雷諾數37-38
• 4.2 CFD軟件38-39
• 4.2.1 Gambit簡介38
• 4.2.2 Fluent軟件介紹38-39
• 4.3 不含裂紋單入單出二維管網載體流動仿真分析39-48
• 4.3.1 模型的建立39-41
• 4.3.2 邊界條件的設置及求解器求解41
• 4.3.3 判斷迭代收斂41-43
• 4.3.4 仿真輪廓線分析43-45
• 4.3.5 仿真流速值的求解45-46
• 4.3.6 結果分析46-48
• 4.4 不含裂紋雙入雙出二維管網載體流動仿真分析48-52
• 4.4.1 建立幾何模型、網格及邊界條件48-49
• 4.4.2 仿真結果49-50
• 4.4.3 結果分析50-52
• 4.5 含裂紋的二維管網載體流動仿真分析52-55
• 4.5.1 模型的建立和網格劃分53
• 4.5.2 仿真結果53-55
• 4.6 本章小結55-56
• 第五章 總結與展望56-58
• 5.1 總結56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻58-61
• 致謝61-62
• 個人簡歷 在讀期間發(fā)表的學術論文62

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本文編號：357685