三维编织复合材料多尺度数值模拟及界面破坏准则分析

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,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,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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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 研究内容

第2章圆管状三维编织复合材料单胞模型研究

2.1 引言

2.2. 多尺度单胞模型

2.3微细观单胞边界条件施加

2.4 本章小结

第3章 圆管状三维编织复合材料多尺度耦合分析

3.1 引言

3.2 细微观单胞平均弹性常数计算

3.3结构分析→细微观应力分析

3.4算例分析

3.5 本章小结

第4章 三维编织复合材料界面破坏准则研究

4.1 引言

4. 2 界面端奇异应力场

4.3纤维缺陷界面奇异应力场

4.4 界面处裂纹的断裂准则

4.5 含缺陷三维编织复合材料有限元模拟

4.6 小结

五章 结论与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间主要科研成果