基于內(nèi)聯(lián)三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、復(fù)合材料由于其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域中。然而，聚合物基復(fù)合材料層合板在加工成型和使用過(guò)程中，材料內(nèi)部易發(fā)生分層等損傷，從而引起材料整體性能的下降，因此，消除或抑制復(fù)合材料內(nèi)部微裂紋及其擴(kuò)展對(duì)于保持材料的性能至關(guān)重要。基于內(nèi)聯(lián)三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料是一種新型的復(fù)合材料自修復(fù)體系，由于其結(jié)構(gòu)特性，可以實(shí)現(xiàn)層間增韌和損傷的多次自修復(fù)，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可提供源源不斷的修復(fù)劑來(lái)修補(bǔ)復(fù)合材料內(nèi)損傷，極

2、大的提高修復(fù)效率，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能及三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究。
　　通過(guò)用熱塑性樹(shù)脂纖維EMAA將鋪層好的預(yù)浸料沿厚度方向進(jìn)行縫合及平面方向進(jìn)行編入，建立起內(nèi)聯(lián)三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)，固化成型之后加工成雙懸臂梁試件。對(duì)試件進(jìn)行雙懸臂梁試驗(yàn)，之后通過(guò)熱激勵(lì)使帶自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)損傷試件進(jìn)行自修復(fù)，再次進(jìn)行雙懸臂梁試驗(yàn)，重復(fù)此過(guò)程。通過(guò)對(duì)比計(jì)算可得:對(duì)于在中間平面EMAA修復(fù)劑面積分?jǐn)?shù)為1.8％的內(nèi)聯(lián)三維網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料，其斷裂韌性值與無(wú)內(nèi)聯(lián)自

3、修復(fù)網(wǎng)絡(luò)層合板相比提高約116％，對(duì)Ⅰ型分層損傷的第一次修復(fù)效率為164％，二次修復(fù)效率為149％。
　　基于粘聚區(qū)的界面單元法，提出了模擬修復(fù)劑及樹(shù)脂基體的雙分區(qū)粘聚區(qū)模型。利用大型商用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)含三維內(nèi)聯(lián)自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料進(jìn)行建模，基于雙分區(qū)粘聚區(qū)模型研究了無(wú)修復(fù)劑試件、含內(nèi)聯(lián)自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)試件及自修復(fù)后試件的分層裂紋起始及擴(kuò)展過(guò)程。對(duì)有限元結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)比數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的載荷-位移曲線，證明了有限元模型的

4、正確性，同時(shí)更好地解釋了含內(nèi)聯(lián)自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)試件的層間增韌及自修復(fù)機(jī)理。
　　基于雙分區(qū)粘聚區(qū)模型，對(duì)不同三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)密度的復(fù)合材料進(jìn)行有限元建模，并進(jìn)行Ⅰ型分層裂紋擴(kuò)展有限元仿真，數(shù)值分析結(jié)果表明:材料Ⅰ型層間斷裂韌性及自修復(fù)效率隨著三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)密度的增大而增大;對(duì)不同三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)密度復(fù)合材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著三維自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)密度的增加，材料的拉伸性能有所下降。最后，通過(guò)有限元分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，優(yōu)化出了三維自修