發(fā)布時(shí)間：2021-12-16 14:04

　　復(fù)合材料的熱力學(xué)性能一直是人們研究的方向,其中熱殘余應(yīng)力和熱膨脹系數(shù)研究的最多。本文通過(guò)建立不同的細(xì)觀模型,分別研究了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的熱殘余應(yīng)力和三相顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù),并就其影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本文針對(duì)求解纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的熱殘余應(yīng)力,建立了經(jīng)典的雙圓柱細(xì)觀力學(xué)模型。復(fù)合材料在溫度變化的環(huán)境下,基體和纖維會(huì)隨著溫度的變化膨脹伸長(zhǎng),產(chǎn)生相應(yīng)的熱應(yīng)力,基體和纖維的熱膨脹系數(shù)的不同使得它們?cè)谂蛎涍^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)位移差,但是在實(shí)際過(guò)程中并沒(méi)有產(chǎn)生這樣的一個(gè)位移差。這是因?yàn)榛w與纖維之間在變化的過(guò)程中由于粘結(jié)作用而產(chǎn)生的一個(gè)相互作用力,這個(gè)作用力的存在使得基體與纖維能夠在膨脹過(guò)程中保持著粘合狀態(tài)�；诤硕�,得到應(yīng)力應(yīng)變的基本方程。對(duì)于彈性基體,基體內(nèi)的剪應(yīng)力的大小與纖維的距離成反比,得到內(nèi)部軸向剪應(yīng)力方程�？紤]基體與纖維的未脫粘的情況,得到纖維與纖維的外圍基體的接觸面的變形協(xié)調(diào)條件。由于殘余應(yīng)力是一種內(nèi)應(yīng)力的平衡,可得到平衡公式,最終求得熱殘余應(yīng)力表達(dá)式。本文提出了一種預(yù)測(cè)復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的等效細(xì)觀力學(xué)方法,并且建立了三相顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的模型。相比于其他的分析模型,本... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Mori-Tananka微觀

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-10-用來(lái)解決材料內(nèi)部的平均應(yīng)力，在某種程度上其計(jì)算了夾雜相在復(fù)合材料中的相互作用，并且計(jì)算簡(jiǎn)單，所以歷來(lái)廣泛應(yīng)用于求解非均質(zhì)復(fù)合材料的性能。a）多相橢球混雜b）單相橢球夾雜圖2-2Mori-Tananka微觀力學(xué)模型體積單元示意圖在用Mori-Tanaka方法分析問(wèn)題時(shí)，假設(shè)存在一無(wú)限大的基體，并且在基體中鑲嵌著沿單向?qū)R的橢球型夾雜，夾雜顆粒沿著長(zhǎng)軸方向?qū)R，復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)模型如圖所示。并且在遠(yuǎn)場(chǎng)有均勻應(yīng)力0ij作用在復(fù)合材料的邊界上，如圖2-2所示。此時(shí)我們假設(shè)存在如圖2-3所示的這樣一個(gè)細(xì)觀力學(xué)模型，其形狀大小與圖2-2所取單元相同，并且所取單元的基體材料屬性與假設(shè)的模型的材料屬性相同。觀察圖2-3，模型邊界同樣受到均勻應(yīng)力0ij的作用，為求得等效材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，做如下計(jì)算，首先等效材料的本構(gòu)關(guān)系如下式所示：圖2-3等效材料細(xì)觀力學(xué)模型000ijijklklL（2-10）

第2章復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)研究原理-13-力在基體中傳遞，基體將剪切應(yīng)力通過(guò)界面從基體傳遞到纖維上。應(yīng)用基于剪滯法發(fā)展而來(lái)的應(yīng)力傳遞理論，來(lái)解決基體與纖維之間的界面應(yīng)力傳遞問(wèn)題。根據(jù)剪滯理論，在復(fù)合材料中取一個(gè)纖維的微觀單元，其半徑為0r，長(zhǎng)度為dz，微元如圖2-4所示�；w外部收到均勻應(yīng)力的作用，在纖維軸向存在軸向應(yīng)力f，纖維與基體的接觸面上靠近纖維一側(cè)存在剪切應(yīng)力e。圖2-4纖維微元模型示意圖由圖2-4所示，可得到纖維微元上的應(yīng)力平衡方程：220002feffrrdzrd（2-20）解（2-20）式可得：02feddzr（2-21）式中f——纖維軸向應(yīng)力；e——纖維與基體界面處剪應(yīng)力。對(duì)式（2-21）進(jìn)行積分，可以得到纖維微元上的軸向應(yīng)力與剪切應(yīng)力關(guān)系式：0002=zffedzr（2-22）式中f0——纖維的端部應(yīng)力。在實(shí)際情況下，考慮復(fù)合材料中的纖維端部情況，由于纖維與基體接觸面積太小，考慮到纖維端部受力以及制備工藝問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致基體和纖維脫粘情況的產(chǎn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料熱膨脹問(wèn)題的二元模型[D]. 黃肖峰.浙江大學(xué) 2016
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