三維角聯(lián)鎖機織復(fù)合材料三點彎曲疲勞損傷模型有限元計算.pdf

1、層層接結(jié)三維角聯(lián)鎖機織物中每根經(jīng)紗將兩層或兩層以上緯紗捆綁在一起，且每層中相鄰的兩根經(jīng)紗的屈曲狀態(tài)相反，材料整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗分層能力強。復(fù)合材料構(gòu)件在使用過程中會由于應(yīng)力和環(huán)境因素造成損傷破壞，疲勞損傷是其主要破壞形式之一。本文結(jié)合三點彎曲疲勞實驗和有限元分析研究一種層層接結(jié)三維角聯(lián)鎖機織復(fù)合材料在三點彎曲循環(huán)應(yīng)力加載下的疲勞性能。
　　 本課題的主要研究思路如下:
　　 (1)對三維角聯(lián)鎖機織復(fù)合材料進(jìn)行三點彎曲準(zhǔn)靜態(tài)

2、實驗，得到材料的彎曲模量，失效應(yīng)力和撓度。在60％、65％、70％、75％及80％的應(yīng)力水平下對材料施加正弦波形式的循環(huán)載荷，進(jìn)行三點彎曲疲勞實驗，得到材料的疲勞壽命(S-N)曲線和材料破壞形態(tài)。
　　 (2)結(jié)合課題研究目標(biāo)，選擇合適的方法利用商用有限元分析軟件ABAQUS建立三維角聯(lián)鎖機織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)幾何模型。
　　 (3)對細(xì)觀結(jié)構(gòu)幾何模型設(shè)置材料屬性和相關(guān)邊界條件，施加循環(huán)載荷，計算得到模型的應(yīng)力分布及破壞區(qū)

3、域，獲得材料剛度降解結(jié)果。特別地在紗線與樹脂的界面上設(shè)定初始裂紋，模擬裂紋擴(kuò)展路徑。
　　 (4)將實驗結(jié)果與有限元結(jié)果相比較，分析三維角聯(lián)鎖機織復(fù)合材料三點彎曲疲勞損傷動態(tài)響應(yīng)。
　　 在實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元分析方法，得出以下結(jié)論:
　　 (1)準(zhǔn)靜態(tài)三點彎曲實驗所得試件的彎曲模量（Eb）、失效應(yīng)力(σuh)和撓度（fult）分別為19.51GPa，160.75MPa和8.89mm。從三點彎曲疲勞實驗的S-

4、N曲線可以看出試件疲勞壽命隨著應(yīng)力水平的上升而下降。
　　 (2)通過有限元模擬可以看出整個材料的應(yīng)力分布情況，即頂層和底層承受載荷較大，中間層承受載荷最小。
　　 (3)有限元分析結(jié)果顯示，三維角聯(lián)鎖機織復(fù)合材料的主要破壞模式是紗線斷裂，主要出現(xiàn)在經(jīng)紗上且主要集中于經(jīng)紗屈曲起伏的最大曲率區(qū)域，這與實驗結(jié)果一致。
　　 (4)有限元分析得出的剛度降解曲線與實驗得出的曲線有相同的變化趨勢，但是有限元剛度值比實驗結(jié)果