形状记忆合金纤维增强复合材料界面损伤研究

摘要

复合材料具有较高的比强度、比刚度以及易于使用和安装等特点,复合材料集这些优点于一身,在工业中的很多领域发挥了重要的作用,尤其是航空航天、汽车结构等领域得到了广泛的应用。但是复合材料也有其不足的一面,在外加载荷的作用下,容易出现纤维与基体间的脱粘、基体裂纹、层间界面损伤等不同形式的损伤,而这些损伤容易导致结构强度出现较大幅度的下降。因此,在实际工程应用中,有必要针对这几类损伤进行研究,并寻找减小复合材料界面损伤的方法,提高复合材料的安全性和可靠性。
　　本文采用基于内聚力模型的界面单元模拟复合材料的界面损伤问题。论文第一部分研究了在横向静力载荷作用下,纤维排列方式、纤维与基体的弹性模量比值、纤维体积分数以及载荷施加方向等因素对纤维与基体间界面脱粘的影响。在第二部分的研究中,利用形状记忆合金超弹性的特性,在复合材料层合板中加入形状记忆合金丝,研究了低速冲击下形状记忆合金丝对复合材料层合板抵抗分层损伤的能力的影响,还考虑了形状记忆合金丝加入的位置和不同温度下的形状记忆合金丝两个方面对复合材料层合板抵抗分层损伤的能力的影响。
　　有限元计算的结果表明,特定的纤维排列方式、纤维与基体的弹性模量比值等条件,可以有助于减小界面脱粘的程度。在冲击载荷作用下,加入形状记忆合金丝能提高复合材料层合板抵抗分层损伤的能力;形状记忆合金丝的在复合材料层合板中加入的位置越远离冲击点,分层损伤的面积就越小;温度对分层损伤面积的影响很小。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究工作

2 基于内聚力模型界面单元的理论基础

2.1 内聚力模型背景

2.2 双线性软化内聚力本构模型简介

2.3 混合模式下的界面损伤

2.4 本章小结

3 形状记忆合金超弹性特性的分析

3.1 形状记忆合金的介绍

3.2 形状记忆合金的超弹性特性

3.3 本章小结

4 复合材料纤维与基体间界面脱粘的研究

4.1 引言

4.2 有限元模型介绍

4.3 纤维与基体间界面脱粘的有限元计算结果

4.4 本章小结

5 低速冲击下复合材料层合板分层损伤的研究

5.1 引言

5.2 接触碰撞的数值计算方法介绍

5.3 低速冲击下复合材料层合板分层损伤的数值模拟

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 展望

致谢

参考文献