木复合材料热粘弹性本构研究与热成形模拟

摘要

植物纤维复合材料由于其环保、价廉、量轻、可再生等优点被用于轿车内饰件中，并且得到了很大重视。然而在其热成形过程常产生一些制品缺陷，目前仍处于依靠经验及试错的方式寻求解决方案，导致了开发周期的延长及产品的质量波动。本课题在国家重大科技专项的支持下，以汽车内饰件复合材料的热成形性能为中心，进行了比较系统的研究。
　　本文选择PP木纤维复合材料为研究对象，通过大量常温拉伸实验及不同温度、不同应变速率下的高温压缩试验积累了PP木纤维复合材料的力学性能数据，并总结了PP木纤维复合材料高温力学行为的一些特点。结果表明，PP木纤维复合材料的力学响应对温度和应变率都是敏感的，并且升高温度与降低应变率对PP木纤维复合材料的力学性能有等效的影响。然后应用聚合物材料的粘弹性基本原理，并结合PP木复合材料的结构，导出了内饰件复合材料的粘弹性本构，并分析了各个参数的物理意义。通过参数拟合，得到了模型的各个参数，模型中描述了温度、应变速率对汽车内饰件复合材料的力学性能影响。利用该本构模型模拟了PP木纤维复合材料的热压缩实验，理论计算所得应力-应变曲线与实验结果吻合较好。
　　利用LS-DYNA软件中的自定义材料模型接口UMAT，编程实现了本文提出的粘弹性材料模型。在LS-DYNA中对所建立的汽车内饰件复合材料的模型进行压缩实验验证，证明了本文所提材料模型在热力耦合条件下的准确性。最后用所建立的模型描述内饰件复合材料的力学行为，对汽车复合材料内饰件的热成形性能进行评价，从而在一定程度上为汽车内饰件的成形提供了参考，指导了汽车内饰件翼子板的实际生产。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2相关研究综述

1.3本文研究内容及研究意义

第二章 汽车内饰件复合材料力学行为研究

2.1引言

2.2 PP木纤维复合材料形态

2.3汽车内饰件复合材料性能测试实验

2.4 本章小结

第三章 汽车内饰件复合材料粘弹力学模型

3.1 引言

3.2 粘弹性本构理论概述

3.3 PP木纤维复合材料本构关系

3.4 本章小结

第四章 汽车内饰件复合材料力学模型的验证

4.1 引言

4.2 有限元数值算法中对材料本构关系的处理

4.3 PP木纤维用户子程序在LS-DYNA中实现

4.4 PP木纤维复合材料材料子程序验证

4.5 本章小结

第五章 汽车内饰件翼子板热成形分析

5.1 引言

5.2 内饰件成形分析

第六章 结论和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文