考虑双拉耦合的复合材料编织物非正交本构模型及成形仿真

摘要

新材料是新技术革命的重要标志之一，编织复合材料等高强度先进材料已被广泛应用于航空航天、风电、船艇以及汽车等领域。为了进一步将编织复合材料应用于各行各业，复合材料技术和工艺正蓬勃发展。但是，成本高、生产效率低以及生产工艺不成熟等问题一直阻碍着编织复合材料的应用与大批量生产。因此，本文以编织复合材料本构模型和数值模拟为中心，进行了比较系统和深入的研究。
　　本文通过碳纤维编织物单轴拉伸、偏轴拉伸、双轴拉伸和镜框剪切实验，积累了碳纤维编织复合材料的一部分基本力学性能数据。基于连续介质力学理论，将复合材料编织物的双轴拉伸效应引入到已有的非正交本构模型中，提出了一种考虑双拉耦合的复合材料编织物非正交本构模型，并给出了模型参数的确定方法。
　　利用ABAQUS/Standard中的用户自定义材料子程序UMAT，成功将新的材料模型嵌入已有的有限元程序当中。并通过拟合单轴拉伸、不等比双轴拉伸和偏轴拉伸实验数据，得到了本构模型参数。利用该模型对双轴拉伸和双球冲压实验进行了有限元模拟，并将模拟结果和实验结果进行对比，验证了所提出的本构模型的可靠性，该模型能更好地表征复合材料编织物在成形过程中由于大变形所引起的非线性各向异性力学行为。
　　最后，利用双拉耦合复合材料编织物本构模型模拟了三种压边力下的单球冲压实验，并与实验作对比，初步验证了模拟结果的正确性。通过不同压边力下边界轮廓和剪切角的比较，研究了压边力对编织物成形的影响。从数值模拟的角度验证了适当加大压边力有利于减缓编织物成形过程中褶皱的产生。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 编织复合材料的应用和研究现状

1.3 本课题研究的主要内容

1.4 本课题研究的创新之处

第二章 碳纤维编织复合材料的力学性能研究

2.1 碳纤维编织复合材料的结构

2.2 单轴拉伸实验

2.3 偏轴拉伸实验

2.4 双轴拉伸实验

2.5 镜框剪切实验

2.6 本章小结

第三章 双拉耦合复合材料编织物非正交本构模型

3.1 连续介质力学理论基础

3.2 复合材料编织物非正交本构模型一般形式

3.3 双拉耦合复合材料编织物非正交本构模型

3.4 本章小结

第四章 双拉耦合复合材料编织物非正交本构模型参数确定及成形验证

4.1 子程序编写规则

4.2 模型参数的确定

4.3 模型的验证

4.4 本章小结

第五章 复合材料编织物非正交本构模型的成形仿真应用

5.1 不同压边力下的单球冲压成形仿真

5.2 仿真结果对比

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 基本结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文