颗粒增强环氧树脂的力学特性分析

摘要

本文主要研究分析颗粒增强环氧树脂的等效力学性能，在细观力学角度上，当环氧树脂是由颗粒增强时，其自身的力学性能是由基体的力学性能和在基体中分布的颗粒的力学性能共同决定的。文中通过建立细观力学模型对不同颗粒百分比的颗粒增强环氧树脂试件进行有限元分析，与用有效模量法的Mori-Tanaka法计算得到的结果进行了对比。本文的篇幅安排如下面的表述所示： 第一章主要介绍了复合材料的发展背景及相关的应用并概括了玻璃钢管道在夹砂下的应用背景、技术研究现状和其对人类社会发展的意义，并提出来所存在的问题。 第二章描述了复合材料的有效弹性模量定义，介绍了用于分析材料有效弹性模量的方法，如自洽理论，Eshelby等效夹杂理论以及Mori-Tanaka法。采用了Mori-Tanaka法来计算文中的由石英砂颗粒以及氧化锌颗粒分别增强环氧树脂的有效弹性性能。 第三章阐述了复合材料试件中掺杂的随机颗粒生成的思想及方法，在一定程度上借鉴了混凝土骨料的生成方法，通过Matlab来实现试件中随机颗粒的成长。 第四章通过有限元软件建立颗粒增强环氧树脂的细观模型，对其进行拉伸来分析模型的力学性能，另外使用有效模量法（Mori-Tanaka法）来解析模型并将该方法下得到的力学特性与有限元分析法得到的结果进行比较。 第五章模拟细观模型结构承受冲击荷载的情况，对复合材料试件进行有限元动态分析，对比了在不同百分比颗粒下的复合材料试件的吸能缓冲能力之间的差异。 第六章回顾全文，对本文进行总结，得出相应的结论，对本文的今后工作进行展望。

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摘 要

Abstract

1 绪 论

1.1复合材料的背景

1.2复合材料管道

1.3 研究现状

1.4 本课题的研究内容和意义

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究意义

1.5细观数值模型

1.5.1二维格构模型

1.5.2随机粒子模型

1.5.3随机骨料模型

1.5.4随机力学特性模型

1.6本文的内容安排

2复合材料的有效模量预测

2.1有效模量的定义

2.1.1有效弹性模量理论

2.1.2自洽理论

2.1.3Eshelby等效夹杂理论

2.1.4 Mori-Tanaka法

2.1.5 Mori-Tanaka法得到的有效模量

2.2本章小结

3二维颗粒增强环氧树脂细观模型

3.1蒙特卡罗法

3.2颗粒的生成

3.3模型建立

2.4本章小结

4.1 细观模型建立的背景

4.2细观模型的建立

4.3细观模型的力学特性分析

4.4本章小结

5颗粒增强环氧树脂细观模型的动态特性分析

5.1 细观模型的动态力学分析

5.2颗粒增强环氧树脂的冲击动态响应

5.3能量的曲线积分公式

5.4细观模型分析结果

5.5本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致 谢