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三维编织复合材料多尺度数值模拟及界面破坏准则分析

屈枫  
【摘要】:本论文针对三维编织复合材料主要研究了两方面内容:一是数值分析圆管的多尺度耦合,二是研究界面破坏准则。首先建立了圆管状结构两种单胞模型,即微观单胞模型和细观扇形单胞模型,由编织参数确定两种模型的结构参数。,建立了扇形周期性单胞的有限元模型。研究了如何实现周期性边界条件,确定了统一周期性边界条件,着重探讨了周期性边界条件的加法。在周期性边界条件下,用主节点上的约束力和位移求出平均应力、应变。 在建立单胞模型的基础上,本文对圆管的多尺度耦合进行了数值分析。详细介绍和分析了“宏观→细观→微观”、“微观→细观→宏观”两个过程。先后通过对微、细观单胞的分析,得到了纤维束的平均弹性常数和编织复合材料的平均弹性常数。建立了正反两个方向的微观纤维应力的传递。选取一种有代表性的圆管结构进行平均材料参数和应力分析,结果表明:本文的分析方法,既可以推算出材料刚度参数,又能用来分析损伤和强度。 最后围绕着三维编织复合材料的缺陷、纤维基体应力场、不同缺陷条件下裂纹尖端和界面端的奇异应力场展开的。首先,我们借用相关的断裂理论,总结出了三维编织复合材料断裂的准则;其次,我们建立了两种不同缺陷数值模型,对两种不一样的缺陷情况进行了数值模拟,计算出相应的纤维基体结合点的应力强度因子,以及裂纹尖端的应力强度因子;最后,在前面分析的基础上,评价材料的断裂。


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