發(fā)布時(shí)間：2020-10-10 00:56

　　 航天航空裝備超高性能和輕量化的不斷需求,促進(jìn)了熱塑性纖維復(fù)合材料的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用。纖維復(fù)合材料的重要特點(diǎn)是非均勻性、材料力學(xué)性能各向異性等,尤其是微觀結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜的短纖維復(fù)合材料,對短纖維復(fù)合材料宏觀等效性能的預(yù)測提出了挑戰(zhàn)。纖維的長度、取向、分布狀態(tài)等微觀組分參數(shù)對短纖維復(fù)合材料力學(xué)性能有著非常大的影響。本文圍繞短纖維熱塑性復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)表征與宏觀性能預(yù)報(bào)和短纖維微觀組分參數(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)方向開展研究工作。具體研究內(nèi)容包括:(1)采用改進(jìn)的隨機(jī)順序吸附法,基于空間幾何思想發(fā)展了快速判斷兩纖維相交方法并建立周期性代表體積元;建立了高效計(jì)算等效性能的并行均勻化方法,算例表明本方法保證等效性能預(yù)報(bào)精度的同時(shí),大幅提高計(jì)算效率;分析了短纖維熱塑性復(fù)合材料微觀組分參數(shù)對宏觀等效性能的影響規(guī)律,宏觀等效性能與纖維長度、纖維體分比、纖維彈性模量、基體彈性模量均呈正相關(guān),與纖維直徑呈負(fù)相關(guān);(2)基于取向分布函數(shù)改進(jìn)了隨機(jī)順序吸附法,建立了基于取向張量重構(gòu)纖維取向分布函數(shù)的數(shù)學(xué)模型;針對傳統(tǒng)隨機(jī)順序吸附法存在模擬的長度分布狀態(tài)與預(yù)設(shè)長度分布函數(shù)不符的問題,通過改進(jìn)隨機(jī)順序吸附法,建立考慮纖維長度分布的短纖維復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的重構(gòu)方法,算例結(jié)果表明:隨著代表體積元尺寸的增加,纖維長度分布與Weibull分布函數(shù)符合程度越來越高,驗(yàn)證了本方法的準(zhǔn)確性;(3)建立了考慮離散變量的加點(diǎn)準(zhǔn)則并搭建了相應(yīng)的代理模型優(yōu)化框架,采用離散變量遺傳算法優(yōu)化Expected Improvement(EI)函數(shù)最大值,避免了歸整誤差,經(jīng)數(shù)學(xué)函數(shù)算例驗(yàn)證,與文獻(xiàn)方法相比,本方法與理論最優(yōu)解相差很小且運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)次數(shù)比文獻(xiàn)方法少一半,驗(yàn)證了本方法的高效性;提出一種短纖維熱塑性復(fù)合材料微觀組分參數(shù)優(yōu)化模型,以纖維長度、直徑、纖維與基體彈性模量為設(shè)計(jì)變量,并采用離散變量代理模型優(yōu)化方法獲得的最大等效彈性模量較初始值提高62.4%。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V258.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 短纖維熱塑性復(fù)合材料等效性能表征研究現(xiàn)狀
        1.2.2 短纖維熱塑性復(fù)合材料組分優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 熱塑性短纖維復(fù)合材料等效模量表征方法
    2.1 短纖維復(fù)合材料等效模量預(yù)測方法
        2.1.1 Mori-Tanaka方法
        2.1.2 Halpin-Tsai方法
        2.1.3 均勻化方法
    2.2 熱塑性短纖維復(fù)合材料均勻化方法
        2.2.1 并行均勻化方法
        2.2.2 改進(jìn)的隨機(jī)順序吸附法
        2.2.3 短纖維取向描述
        2.2.4 周期性邊界條件
        2.2.5 算例驗(yàn)證
    2.3 組分參數(shù)對等效模量的影響規(guī)律
        2.3.1 代表體積元尺寸對等效彈性模量的影響
        2.3.2 短纖維微觀參數(shù)對等效彈性模量的影響
    2.4 本章小結(jié)
3 考慮取向和長度分布的短纖維熱塑性復(fù)合材料微觀重構(gòu)方法
    3.1 考慮取向分布函數(shù)的短纖維復(fù)合材料微觀重構(gòu)方法
        3.1.1 基于取向張量的取向分布函數(shù)重構(gòu)
        3.1.2 考慮取向分布的短纖維復(fù)合材料微觀重構(gòu)
    3.2 考慮長度分布函數(shù)的熱塑性短纖維復(fù)合材料微觀重構(gòu)方法
        3.2.1 問題描述
        3.2.2 考慮長度分布的短纖維復(fù)合材料微觀重構(gòu)
        3.2.3 算例驗(yàn)證
    3.3 本章小結(jié)
4 熱塑性短纖維復(fù)合材料微觀組分優(yōu)化方法
    4.1 離散變量代理模型優(yōu)化方法
        4.1.1 動(dòng)態(tài)代理模型優(yōu)化方法
        4.1.2 考慮離散變量的加點(diǎn)準(zhǔn)則
        4.1.3 數(shù)學(xué)算例驗(yàn)證
    4.2 熱塑性短纖維復(fù)合材料微觀組分優(yōu)化
        4.2.1 優(yōu)化模型
        4.2.2 優(yōu)化結(jié)果討論
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2834477