三維正交機織復合材料彎曲疲勞損傷及演化數(shù)值研究.pdf

1、三維正交機織物由兩兩互相垂直的經(jīng)紗和緯紗在各自的平面內(nèi)平鋪排列，Z紗貫穿于織物的厚度方向并交錯捆綁緯紗，整體性好。由三維正交機織物增強樹脂形成的三維正交機織復合材料因而具有較高的面內(nèi)剛度和強度及抵抗分層能力，可以用來制造各種結構的主要承載構件，被廣泛的應用于航空航天、汽車等領域。復合材料在長期的使用過程中由于外力和環(huán)境的作用發(fā)生損傷和破壞，疲勞損傷為其主要破壞形式之一。本文結合三點彎曲疲勞實驗和有限元分析研究三維正交機織復合材料在彎曲循

2、環(huán)載荷下的結構效應與疲勞損傷。
　　由三維正交機織復合材料三點彎曲準靜態(tài)實驗得到材料的最大失效應力和最大撓度，在35％、40％、50％、60％、70％、80％及90％應力水平下對材料施加正弦波形式循環(huán)載荷，經(jīng)彎曲疲勞測試得到材料的疲勞壽命(S-N)曲線及材料的破壞形態(tài)。
　　基于三維正交機織物和復合材料試樣結構及組分含量，沿纖維樹脂復合紗線單胞——紗線樹脂單胞——全尺寸三維實體模型，建立有限元分析模型。定義玻璃纖維紗線和樹脂

3、為彈塑性體，由滯后能準則控制材料破壞。根據(jù)彎曲疲勞實驗情況對幾何模型進行邊界條件設置，以60％應力水平等效位移加載，計算得到材料的應力分布、能量吸收、剛度降解及破壞形態(tài)。對比實驗與有限元結果，分析三維正交機織復合材料特殊的結構效應及循環(huán)載荷下的疲勞損傷特性。
　　經(jīng)實驗和有限元研究，得到如下結論:
　　(1)實驗表明材料的疲勞壽命隨著應力水平的下降而上升。試樣上表面的破壞面積隨應力水平的下降而減小，下表面呈現(xiàn)與之相反的規(guī)律;

4、
　　(2)有限元模擬應力分析表明:應力隨著循環(huán)次數(shù)的增加，出現(xiàn)退化趨勢。沿材料厚度方向呈對稱分布，對稱面應力最小，向兩邊應力逐漸增大，對稱位置靠上表面處受到的應力相較下表面更大。沿經(jīng)紗長度方向，應力以加載位置為中心向兩邊傳遞，離加載位置越遠，受力越小，產(chǎn)生的變形越小。
　　(3)三維正交機織物增強體中經(jīng)紗沿長度方向伸直的特殊結構，使得復合材料在經(jīng)向彎曲疲勞加載過程中應力傳遞到更大區(qū)域，經(jīng)紗為材料最主要的承載和吸收能量部件，