三維六向編織復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、三維編織復(fù)合材料除了具有傳統(tǒng)復(fù)合材料的高比強(qiáng)、高比模的優(yōu)點(diǎn)之外,其在剪切強(qiáng)度、抗沖擊損傷、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性和整體異型性等方面也有突出表現(xiàn),因而在航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前,關(guān)于三維編織復(fù)合材料力學(xué)性能的研究工作主要是針對(duì)三維四向和五向編織復(fù)合材料,對(duì)三維六向編織復(fù)合材料力學(xué)性能的研究還很不充分。相比于三維四向和五向編織復(fù)合材料,三維六向編織復(fù)合材料因具有更強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性和面內(nèi)性能,而被越來(lái)越多的用于航天器設(shè)計(jì)上。針對(duì)三維六向編織T7

2、00/TDE-86復(fù)合材料,本文從材料剛度、強(qiáng)度、低速?zèng)_擊和沖擊后壓縮等力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)、理論和數(shù)值分析。
　　第一章從材料剛度、強(qiáng)度、低速?zèng)_擊和沖擊后壓縮四個(gè)方面對(duì)三維編織復(fù)合材料力學(xué)性能的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,對(duì)課題背景及本文選題的目的和意義進(jìn)行了闡述。
　　第二章從實(shí)驗(yàn)角度對(duì)不同編織角和不同纖維體積含量的三維六向編織T700/TDE-86復(fù)合材料沿編織成型方向的拉伸力學(xué)性能進(jìn)行了研究。獲得了三維六向編織復(fù)合材料在拉伸載

3、荷作用下的主要力學(xué)性能參數(shù),分析了編織角和纖維體積含量對(duì)三維六向編織復(fù)合材料縱向拉伸力學(xué)性能的影響,并對(duì)其在拉伸載荷作用下的斷口形貌和破壞模式進(jìn)行了分析。
　　第三章對(duì)三維六向編織復(fù)合材料的等效彈性性能進(jìn)行了理論和數(shù)值預(yù)報(bào)。首先,利用剛度平均化方法,在考慮材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立了三維六向編織復(fù)合材料的層合板模型,推導(dǎo)了三維六向編織復(fù)合材料代表性體積單元應(yīng)力分量的表達(dá)式,采用Hashin均勻化理論對(duì)三維六向編織復(fù)合材料的縱向有效彈

4、性模量進(jìn)行了理論預(yù)報(bào)。然后,將有限元技術(shù)與細(xì)觀力學(xué)理論相結(jié)合,建立了三維六向編織復(fù)合材料的單胞模型,并利用數(shù)值方法對(duì)三維六向編織復(fù)合材料沿編織成型方向的有效彈性模量進(jìn)行了預(yù)報(bào)。并將理論和數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,分析了誤差產(chǎn)生的原因。
　　第四章在本文建立的三維六向編織復(fù)合材料單胞模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)等應(yīng)變假設(shè)和最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則,建立了預(yù)報(bào)三維六向編織復(fù)合材料沿編織成型方向的拉伸強(qiáng)度的有限元模型,對(duì)三維六向編織復(fù)合材料的拉伸

5、強(qiáng)度進(jìn)行了數(shù)值預(yù)報(bào)。討論了編織角和纖維體積含量對(duì)三維六向編織復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響,并將數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,分析了誤差產(chǎn)生的原因。
　　第五章從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值角度對(duì)三維六向編織復(fù)合材料的低速?zèng)_擊力學(xué)性能進(jìn)行了研究。分析了不同沖擊能量、不同編織角和不同纖維體積含量下三維六向編織復(fù)合材料的低速?zèng)_擊響應(yīng)。采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件,對(duì)在不同沖擊能量、不同編織角和不同纖維體積含量下三維六向編織復(fù)合材料的低速?zèng)_擊過(guò)程