实验与数值耦合方法研究植物短纤维复合材料的断裂力学行为

摘要

植物短纤维增强复合材料具有质量轻，断裂强度高，材料可进行降解和循环利用等特性。因此，短纤维复合材料可作为汽车、列车、飞机内饰选材材料的同时也可作为一些承力件的材料使用。这些特点不仅能提高了汽车、列车、飞机的能源效率，而且减少了对自然资源的消耗，符合环境保护的迫切要求。本文利用数字图像相关方法对短纤维复合材料进行了力学性能的研究。
　　首先，研究了数字图像相关方法的相关理论，根据MicrosoftVisualStudio2008具有效率高，可移植性强可扩展和易维护，并且VC++有大量的标准程序库作为开发基础等优点。利用VisualC++2008作为开发环境和工具，编写了数字图像相关的计算程序和用户界面。
　　其次，将高分辨率CCD和InstronEP10000电推式拉扭试验机高精度加载相结合，对随机植物短纤维增强聚丙烯复合材料进行断裂力学实验。在加载荷过程中，采集复合材料试件表面散斑和自然纹理图像，观察试件裂纹扩展；用数字图像相关方法测量材料试件在实验过程中的表面位移场的变化，计算出全场位移。
　　在上述实验结果基础上，将实验和数值计算进行耦合，即耦合法。首先利用有限元软件建立试件对应的有限元模型，通过VC++开发软件编写与有限元接口程序，将DIC实验测得的位移导入到有限元模型中，作为边界条件进行有限元模拟计算，从而实现有限元与实验耦合，得到全场应变和应力，进而得到J积分，分析表征该植物随机短纤维增强复合材料的断裂力学行为。
　　本文工作将数字图像相关测量方法与位移模式有限元方法结合，实现准确测量这类随机短纤维复合材料的断裂力学参数，如J积分等。实验与数值方法的耦合研究，可为这类材料及其结构件的优化设计，提供可靠的实验分析数据。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究进展

1.3本文的主要工作

第二章 数字图像相关方法

2.1数字图像相关方法原理

2.2相关匹配算法

2.3图像相关搜索方法

第三章 数字图像相关方法测量系统与误差标定

3.1数字图像相关方法测量系统

3.2数字图像相关误差

3.3数字图像处理程序及其标定

第四章 短纤维复合材料的断裂力学实验

4.1实验试件制备

4.2实验夹具介绍

4.3 CT实验

4.4数字图像的分析处理

第五章 实验与数值耦合方法

5.1耦合法概述

5.2耦合法的实现及其流程

5.3耦合法在短纤维复合材料中的应用

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附 录

致谢