树脂基纤维增强复合材料湿、热行为的细观力学模型

摘要

纤维增强树脂基复合材料在温度和湿度改变的环境下会因胀缩而产生失配变形和失配应力，影响结构的变形和材料的损伤。反过来，材料中的损伤也会影响到材料在湿、热环境中的变形量。本文从细观力学的角度，研究了树脂基纤维增强复合材料在湿、热环境下的行为，研究分为三个部分：
　　1）建立了单向复合材料热膨胀的细观力学理论和有限元模型，模型考虑了随机分布的基体微裂纹和纤维/基体界面开裂对复合材料热胀系数的影响。用上述模型研究了玻纤/树脂体系单向复合材料升降温过程中的热膨胀系数随纤维体积含量、损伤密度的变化规律。研究发现：复合材料膨胀和收缩时不同取向的微裂纹的张开、闭合的状态不同，会造成热胀系数在升、降温过程中的不一致性。
　　2）针对三种（玻纤/环氧单向、正交和非对称铺层层合板）复合材料试件，分别设计了吸湿试验和自由振动试验，测得其吸湿动力曲线，并通过吸湿前后的各阶固有频率的变化得到了吸湿对于复合材料弹性模量的影响。
　　3）数值模拟了湿气在复合材料单胞模型中的扩散过程，得到了不同纤维体积含量的单胞模型中水分浓度场的变化过程，在此基础上建立了复合材料吸湿率和时间的关系模型，模型结果和实验吻合较好。另外，在热膨胀理论的基础上建立了湿膨胀的理论模型，能够更为准确地预测纵向以及横向湿膨胀系数。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 复合材料湿热行为的研究现状

1.3 论文的研究内容和意义

第二章 树脂基复合材料热膨胀研究

2.1 引言

2.2 无损复合材料热膨胀模型

2.3 考虑基体和界面损伤的复合材料热膨胀模型

2.4复合材料热膨胀的细观有限元分析

2.5算例与分析

2.6 本章小结

第三章 树脂基复合材料湿扩散及其软化实验研究

3.1 引言

3.2试验试件的设计

3.3试验设备

3.4复合材料干态特性试验研究

3.5吸湿实验-吸湿率法

3.6试件吸湿后的特性研究

3.7 本章小结

第四章 复合材料吸湿的力学模型

4.1 引言

4.2玻璃纤维/环氧树脂吸湿模型

4.3吸湿水分应力场以及湿膨胀系数的力学模型

4.4复合材料湿膨胀的理论模型

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文