圓管狀編織碳-碳復(fù)合材料逐漸損傷研究.pdf

1、復(fù)合材料具有一系列優(yōu)異的力學(xué)性能，自誕生以來，就受到了很多學(xué)者對其研究的興趣。目前已在航空、航天、交通、建筑等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，因此,研究復(fù)合材料在服役時的可靠安全性是有重要意義的。復(fù)合材料的損傷失效是一個復(fù)雜的逐漸破壞過程，當(dāng)局部發(fā)生失效時，整體上還能繼續(xù)承受載荷，因此隨著載荷的增加從開始變形到最后的破壞，是一個逐漸的破壞過程。三維編織碳/碳（C/C）復(fù)合材料是由直徑很小的碳絲組成碳纖維束,然后將碳纖維束按照人們需要的形狀生成

2、預(yù)制體，最后在一定條件下與碳基體發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)得到編織C/C復(fù)合材料，因此三維編織 C/C復(fù)合材料的構(gòu)成是一個多尺度問題。本文基于有限元軟件并采用逐漸損傷分析方法對圓管狀編織 C/C復(fù)合材料的損傷失效機理進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，以望為 C/C復(fù)合材料在航空領(lǐng)域方面中的應(yīng)用建立理論基礎(chǔ)。
　　第一章主要綜述了國內(nèi)外學(xué)者對復(fù)合材料逐漸損傷在理論、數(shù)值模擬以及實驗三個方面取得的進(jìn)展情況，并且總結(jié)了對復(fù)合材料的逐漸損傷失效研究目前存在的問

3、題，并闡述了本文的選題來源和研究意義。
　　第二章分別建立了C/C復(fù)合材料在微、細(xì)觀兩尺度上的代表性單胞模型，分別討論了微、細(xì)觀單胞滿足的周期性邊界條件，局部的力學(xué)性能通過代表性單元模型來描述，采用細(xì)觀周期性代表性單胞來描述復(fù)合材料宏觀上的力學(xué)性能。首先由微觀單胞計算出纖維束的平均彈性常數(shù)；再通過細(xì)觀單胞分析，得到材料的宏觀彈性常數(shù)。實現(xiàn)了由組分材料性能及編織參數(shù)預(yù)測圓管狀 C/C復(fù)合材料的宏觀彈性性能。
　　第三章首先從理

4、論上介紹了逐漸損傷失效分析方法，著重介紹了逐漸損傷分析方法中的應(yīng)力分析、失效準(zhǔn)則判斷、剛度折減三個部分。建立了C/C復(fù)合材料微觀單胞模型，采用細(xì)觀力學(xué)有限元法對微觀單胞失效的發(fā)生以及擴展進(jìn)行了模擬分析得到了微觀單胞全局以及局部的力學(xué)性能。
　　第四章主要從宏觀尺度上研究了C/C復(fù)合材料逐漸損傷，以火箭噴管為模型，用 ANSYS軟件對火箭噴管在熱力耦合下失效的發(fā)生以及損傷的擴展進(jìn)行了模擬，得出了應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并與已有的實驗結(jié)果相比