基于均勻化理論的三維編織復合材料宏細觀力學性能的數(shù)值模擬.pdf

1、本文首先從三維編織工藝——四步法入手，分析紗線的空間位置，用曲線模擬紗線的路徑以形成較精確的三維四向編織復合材料的宏觀預制件模型，然后采用合理的單胞劃分的方法，對宏觀模型進行剖分得到內胞、面胞和角胞三種細觀單胞模型。通過對細觀幾何模型的分析，得到了三維四向編織復合材料細觀結構的分布規(guī)律，還可得到常用細觀幾何參數(shù)和工藝參數(shù)的計算公式。 在對三維編織復合材料剛度性能的分析過程中，以基于小參數(shù)漸近展開和多尺度攝動方法的均勻化理論為理論

2、基礎，用虛位移原理導出了等效彈性模量的均勻化列式及其有限元求解方程，從而通過細觀和宏觀有限元的數(shù)值分析方法預測了三維四向編織復合材料的等效彈性模量，預測結果與實驗結果較為吻合。同時，還深入討論分析了編織角、纖維體積分數(shù)等工藝參數(shù)對等效彈性模量的影響，得到了一些十分有益的規(guī)律和結論。 然后，通過均勻化理論和有限元分析相結合的方法，對三維編織復合材料在單向拉伸和三點彎曲情況下的細觀應力進行了數(shù)值模擬，應力模擬過程中首先詳細討論了基于

3、均勻化理論的三種單胞細觀周期性邊界條件的施加方法。采用截面法繪制的細觀應力分布圖可以直觀、清晰地反映單胞區(qū)域任一截面上的應力波動情況。應力模擬結果充分體現(xiàn)了編織角對三維編織復合材料細觀應力分布狀態(tài)的影響，通過細觀應力分析所得的結論與實驗分析結論十分吻合。 為了從微觀的角度研究三維編織復合材料的拉伸強度問題，本文對其進行了多個拉伸載荷步下的非線性損傷分析，用合理的強度失效判據(jù)判斷三種單胞中各單元損傷與否和損傷類型，并采用剛度折減法

4、對損傷單元進行處理。損傷分析結果表明了不同編織角復合材料微觀損傷模式的不同，以此為依據(jù)本文確定了表征編織復合材料破壞機制轉變的一個重要參量——臨界編織角，對小編織角復合材料和大編織角復合材料分別建立了不同的拉伸強度失效準則，并以這些準則對三維編織復合材料的拉伸強度進行了數(shù)值預報，強度預報結果與實驗結果較為吻合。 此外，論文還編制出一套較完整的關于三維四向編織復合材料力學性能的分析軟件，該軟件提供了交互式的分析界面，使得人們可以更