樹脂基復(fù)合材料多尺度虛擬測(cè)試技術(shù)研究.pdf

1、連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料作為一種多組分材料,其力學(xué)性能具有各向異性、非均勻和多樣性等特點(diǎn)。復(fù)合材料的設(shè)計(jì)是一種基于試驗(yàn)的半經(jīng)驗(yàn)式設(shè)計(jì)方法,而積木式試驗(yàn)方法是目前應(yīng)用較為廣泛的驗(yàn)證方法。針對(duì)目前復(fù)合材料積木式試驗(yàn)成本高、復(fù)用性差、數(shù)值模擬不成熟的問題,本文在研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,在多個(gè)尺度上對(duì)復(fù)合材料性能試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值建模和仿真,實(shí)現(xiàn)了物理試驗(yàn)、虛擬試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理的集成,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來提高復(fù)合材料積木式試驗(yàn)的效率。
　

2、　分析了復(fù)合材料成型工藝對(duì)其力學(xué)性能的影響,設(shè)計(jì)了多尺度虛擬測(cè)試方案,參照 ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行層合板拉伸性能、面內(nèi)剪切性能、層間性能和耐沖擊性能虛擬試驗(yàn),界面相性能虛擬試驗(yàn)為單向板虛擬試驗(yàn)提供界面相剛度和強(qiáng)度,單向板虛擬試驗(yàn)為層合板虛擬試驗(yàn)提供單層材料性能參數(shù),典型試樣虛擬試驗(yàn)用來模擬孔特征對(duì)于層合板性能的影響。確定了在 ABAQUS環(huán)境下進(jìn)行建模和仿真,并進(jìn)行基于腳本和用戶子程序的二次開發(fā)。設(shè)計(jì)了復(fù)合材料多尺度虛擬測(cè)試系統(tǒng)的總體方案和集

3、成接口。
　　建立了單絲體系、單向板、層合板和典型試樣的數(shù)值模型。在單絲體系的數(shù)值建模中,考慮了界面相對(duì)于材料性能的影響,利用內(nèi)聚力單元建立了界面相的數(shù)值模型;在單向板的數(shù)值建模中,采用纖維隨機(jī)分布的代表性體積單元來模擬單向板的宏觀性能;在層合板的數(shù)值建模中,引入了漸進(jìn)性損傷力學(xué)模型和非線性剪切本構(gòu)模型,利用內(nèi)聚力單元模擬了層間破壞;在典型試樣的數(shù)值建模中,對(duì)孔特征進(jìn)行了網(wǎng)格的優(yōu)化和細(xì)化。
　　確定了虛擬試驗(yàn)的模型參數(shù),完成

4、了多尺度性能試驗(yàn)的數(shù)值模擬。在界面相性能虛擬試驗(yàn)中,提出了通過曲線對(duì)比獲得界面相強(qiáng)度和剛度的方法;在單向板性能虛擬試驗(yàn)中,提出了通過載荷卸載點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算單向板強(qiáng)度的方法;在層合板和典型試樣性能虛擬試驗(yàn)中,研究了材料的漸進(jìn)性損傷,提出了不同載荷情況下材料承載能力的表達(dá)方法。通過物理試驗(yàn)結(jié)果和虛擬試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模型和求解策略的合理性。
　　設(shè)計(jì)了復(fù)合材料虛擬測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu),建立了相關(guān)支撐數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫,利用 Visual