預(yù)浸織物細(xì)觀變形機(jī)理及本構(gòu)關(guān)系研究.pdf

1、空間充氣展開結(jié)構(gòu)作為一種新型的航天工程結(jié)構(gòu)，由于其質(zhì)量輕、折疊后體積小、展開可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，使空間充氣展開結(jié)構(gòu)成為未來航天工程構(gòu)建大型空間結(jié)構(gòu)的有效途徑。預(yù)浸織物是空間充氣展開結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。由于預(yù)浸織物材料中包含未固化的樹脂，因此其變形特性與機(jī)理既不同于純織物材料，也不同于傳統(tǒng)的復(fù)合材料——固化后的織物復(fù)合材料。用來描述純織物材料和固化后的織物復(fù)合材料的本構(gòu)方程不能適用于預(yù)浸織物材料，那么就需要根據(jù)本構(gòu)原理來建立預(yù)浸織物的本構(gòu)方程

2、。預(yù)浸織物由織物和未固化的樹脂組成，因此在研究中應(yīng)同時考慮固體增強(qiáng)相與流體的作用，這是一個新的力學(xué)問題，對復(fù)合材料力學(xué)起到擴(kuò)展的作用。對預(yù)浸織物本構(gòu)方程的研究為空間充氣展開結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及靜力學(xué)、動力學(xué)和熱分析等研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　本文研究預(yù)浸織物的剪切變形。通過像框剪切試驗(yàn)來測定預(yù)浸織物的剪切性能。由于預(yù)浸織物是粘彈性材料，變形與時間有關(guān)，因此本文進(jìn)行了不同加載速率的試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)曲線的分析進(jìn)一步驗(yàn)證了預(yù)浸織物在發(fā)生剪

3、切變形時具有明顯的非線性和階段性的規(guī)律。
　　通過對預(yù)浸織物各個組分材料之間的相互作用及變形機(jī)理的分析，本文將預(yù)浸織物的剪切變形分為剪切鎖定前和剪切鎖定后兩個階段，并且分別建立了不同階段的各組分材料的細(xì)觀分析模型。在剪切鎖定前階段，建立樹脂的阻尼計算模型，經(jīng)、緯向纖維束在交叉處的摩擦的計算模型。隨著剪切的繼續(xù)進(jìn)行，樹脂被不斷的從纖維束的孔隙中擠壓出去，直至纖維束之間相互接觸。進(jìn)入剪切鎖定后階段，建立纖維束的擠壓力矩模型，通過這些計

4、算模型建立了剪切鎖定前和剪切鎖定后的力矩平衡方程，通過對力矩平衡方程的計算得到了理論分析曲線，最后通過試驗(yàn)曲線對理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，理論分析曲線與試驗(yàn)曲線吻合的較好。
　　從熱力學(xué)第二定律出發(fā)，根據(jù)預(yù)浸織物的性質(zhì)設(shè)定 Helmholtz自由能函數(shù)由5個變量表示，根據(jù)不變量理論推導(dǎo)出由這5個變量組成的能夠反映預(yù)浸織物的粘彈特性的不變量。依據(jù)本構(gòu)方程的基本原理通過這些不變量建立了預(yù)浸織物材料的宏觀本構(gòu)方程。此本構(gòu)方程既描述