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机织复合材料力学性能的宏细观分析

张音旋  
【摘要】: 本文从理论模型、数值方法和实验几个方面研究了机织复合材料的力学性能。 首先研究了机织复合材料的细观结构特征,推导出由编织参数确定各种二维、三维机织复合材料细观结构参数的算法,并建立了一个基于对MSC.Patran二次开发的材料模型库,实现了机织复合材料细观有限元模型的交互式自动生成。 胞元模型是复合材料细观力学分析的基础,胞元边界条件的合理施加是获得精确分析结果的关键之一。本文讨论了细观胞元的选取方式和周期边界条件的施加方法,着重研究了材料在边界处(包括表面和边缘)、或含有局部损伤以及随机层叠等非周期情况下,仍然使用周期胞元的合理性,并给出了这些因素下胞元边界条件的改进方法。最后,本文从多重尺度研究了三维机织复合材料的粘弹性能。首先对树脂基体的粘弹性能进行了实验和理论研究,通过实验确定了理论模型中的参数,在此基础上,建立了纤维束的各向异性粘弹性本构模型,并采用三维细观有限元对该理论模型进行了验证。最后,对一种三维机织复合材料的粘弹性能进行了实验研究,得到了不同荷载水平下其蠕变的特性曲线,并将前面构造的基体和纤维束的本构理论,组合进三维机织复合材料的细观有限元模型,对上述材料的蠕变实验进行了数值模拟。


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