纖維纏繞復(fù)合材料在纏繞成型過程中,存在一種特殊情況,正在纏繞的纖維束與已經(jīng)纏繞的纖維束在局部相互交叉,形成纖維束交叉起伏,造成局部應(yīng)變和應(yīng)力集中,同時也導(dǎo)致如孔洞、富樹脂區(qū)等缺陷,從而使得該區(qū)域往往成為斷裂萌生的發(fā)源地,對纏繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的失效(泄漏)、破壞造成較大的影響。本文考慮纖維交叉起伏情況,針對纏繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷、失效和破壞問題,開展以下幾個方面的研究:纖維纏繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)彈性性能預(yù)測,纏繞復(fù)合材料特征單元應(yīng)力與失效破壞分析,薄壁纏繞結(jié)構(gòu)的屈曲分析,纏繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的失效破壞分析,纏繞復(fù)合材料固化過程以及殘余應(yīng)力分析。本文的主要工作和研究成果如下:1.針對纏繞復(fù)合材料交叉起伏區(qū)域,運用纖維束起伏角、富樹脂區(qū)域尺寸、纖維束的體積分?jǐn)?shù)、纖維束的橫截面形狀及尺寸等細(xì)觀參數(shù)來描述纏繞復(fù)合材料交叉起伏區(qū)域的細(xì)觀結(jié)構(gòu)。基于所建立的細(xì)觀模型及層合板理論,提出了纏繞復(fù)合材料交叉起伏區(qū)域的等效剛度計算方法。計算結(jié)果表明,纖維交叉起伏區(qū)域中各處纖維和基體的體積分?jǐn)?shù)不同,導(dǎo)致起伏區(qū)域中各處的彈性性能參數(shù)不同,在富樹脂區(qū)域,彈性模量和剪切模量降低較為明顯,而泊松比有所增大。2.基于所建立的纖維交叉起...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 纖維纏繞成型技術(shù)
    1.3 纏繞復(fù)合材料力學(xué)性能分析
    1.4 纏繞復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變分析
    1.5 纏繞復(fù)合材料失效破壞研究
        1.5.1 纏繞角度對失效破壞的影響
        1.5.2 纏繞張力、殘余應(yīng)力對失效破壞的影響
        1.5.3 裂紋缺陷對失效破壞的影響
        1.5.4 濕熱效應(yīng)對失效破壞的影響
        1.5.5 纖維交叉起伏對失效破壞的影響
        1.5.6 纏繞復(fù)合材料失效破壞的模擬計算研究
    1.6 纏繞復(fù)合材料固化過程以及固化殘余應(yīng)力研究
        1.6.1 基體樹脂的固化機理研究
        1.6.2 固化過程中的固化度以及溫度場分析
        1.6.3 固化過程中的殘余應(yīng)力以及變形分析
    1.7 目前纏繞復(fù)合材料研究尚存在的問題
    1.8 本文內(nèi)容安排
第2章 計及纖維交叉起伏影響的纏繞復(fù)合材料剛度分析
    2.1 引言
    2.2 纖維交叉起伏區(qū)域剛度分析
        2.2.1 纏繞復(fù)合材料菱形特征單元
        2.2.2 交叉起伏細(xì)觀模型
        2.2.3 交叉起伏細(xì)觀模型離散化
        2.2.4 交叉起伏區(qū)域各個子模型中基體以及纖維束含量的確定
        2.2.5 交叉起伏區(qū)域各個子塊中纖維的體積分?jǐn)?shù)
        2.2.6 維交叉起伏區(qū)域纖維束起伏角的描述
    2.3 纖維起伏區(qū)域的剛度模型
    2.4 計算結(jié)果與討論
        2.4.1 算例與模型驗證
        2.4.2 交叉起伏區(qū)域剛度計算及分析
        2.4.3 菱形特征單元剛度
        2.4.4 纖維束厚度的影響
    2.5 結(jié)論
第3章 纏繞復(fù)合材料特征單元應(yīng)力與失效破壞分析
    3.1 引言
    3.2 纏繞復(fù)合材料菱形特征單元(RUC)的有限元實體模型
        3.2.1 菱形特征單元(RUC)
        3.2.2 特征單元的周期性邊界條件
        3.2.3 損傷破壞準(zhǔn)則與剛度縮減模型
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 特征單元的應(yīng)力分布分析
        3.3.2 特征單元的損傷破壞分析
    3.4 結(jié)論
第4章 考慮纖維束交叉起伏的纏繞復(fù)合材料圓柱殼的屈曲分析
    4.1 引言
    4.2 纏繞復(fù)合材料纏繞圖案
    4.3 屈曲分析模型
    4.4 算例與討論
        4.4.1 軸向載荷下屈曲情況
        4.4.2 外壓載荷下屈曲情況
    4.5 結(jié)論
第5章 計及纖維交叉起伏影響的纏繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效破壞宏細(xì)觀分析模型
    5.1 引言
    5.2 纖維交叉起伏區(qū)域的應(yīng)力分析
    5.3 失效破壞準(zhǔn)則及剛度縮減
        5.3.1 復(fù)合材料縱向/橫向失效破壞準(zhǔn)則
        5.3.2 復(fù)合材料縱向/橫向剛度縮減模型
        5.3.3 界面失效準(zhǔn)則以及損傷演化
    5.4 結(jié)果分析與討論
    5.5 結(jié)論
第6章 纏繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效破壞分析
    6.1 引言
    6.2 纏繞復(fù)合材料圓筒結(jié)構(gòu)計算與分析
        6.2.1 軸向拉伸
        6.2.2 軸向壓縮
        6.2.3 外壓載荷
        6.2.4 內(nèi)壓載荷
        6.2.5 雙向載荷
        6.2.6 橫向壓縮
    6.3 纏繞復(fù)合材料壓力容器計算與分析
    6.4 結(jié)論
第7章 纏繞復(fù)合材料固化過程以及殘余應(yīng)力分析
    7.1 引言
    7.2 復(fù)合材料固化模型
        7.2.1 復(fù)合材料固化熱-化學(xué)模型
        7.2.2 復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力應(yīng)變分析模型
    7.3 有限元求解
        7.3.1 空間域離散
        7.3.2 時間域離散
    7.4 計算結(jié)果分析與討論
        7.4.1 模型驗證
        7.4.2 纏繞復(fù)合材料固化過程分析
        7.4.3 纏繞復(fù)合材料固化殘余應(yīng)力分析
    7.5 結(jié)論
第8章 總結(jié)與展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3785068