随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料学行为的数值模拟

摘要

随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料因质轻、断裂韧性高,日益成为汽车、高速列车和飞机内承力构件的首选:而该材料可降解、可循环使用、环境友好,当今对自然资源再利用、环境保护要求迫切,因此该材料的应用、研究价值更为突出。本文将弹塑性有限元法与生成随机分布云杉纤维的程序相结合,进行了随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料拉伸和断裂力学行为的数值模拟。
　　 本文建立了考虑不同纤维含量、纤维半径的二维云杉短纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸模型,模拟了其拉伸真应力----真应变曲线,分析了不同纤维含量、纤维半径对拉伸力学行为的影响。采用裂纹尖端奇异性网格,建立了考虑不同纤维含量的二维弹塑性随机云杉增强聚丙烯复合材料的断裂力学模型,分析了不同纤维含量对复合材料断裂力学参数的影响,如COD,CTOD,J积分。建立了二维线弹性聚丙烯材料的断裂力学模型,计算了裂纹尖端应力场,应力强度因子和J积分。模拟结果表明,随着随机云杉短纤维含量的增加,其复合材料的拉伸强度降低,断裂韧性提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 短纤维复合材料断裂力学行为的研究进展

1.2.2 植物纤维增强复合材料力学行为的研究进展

1.3 本论文主要工作

第二章 纤维增强理论与数值方法

2.1 纤维增强理论

2.2 数值方法概述

第三章 复合材料力学中的数值模拟

3.1 随机云杉短纤维复合材料及其数值模型

3.2 随机云杉短纤维复合材料数值模型的建立方法

3.3 随机纤维单元的生成程序

3.4 断裂力学中的数值方法

第四章 复合材料拉伸行为的数值模拟

4.1 复合材料二维拉伸的数值模拟

4.1.1 聚丙烯材料二维拉伸的数值模拟

4.1.2 随机云杉短纤维复合材料二维拉伸的数值模拟

4.1.3 纤维含量和纤维半径等因素对材料拉伸性能的影响

4.1.4 数值结果分析与实验结果对比

4.2 复合材料三维拉伸的数值模拟

4.2.1 聚丙烯材料三维拉伸的数值模拟

4.2.2 数值结果分析

第五章 复合材料断裂力学行为的数值模拟

5.1 聚丙烯材料线弹性断裂力学行为的数值模拟

5.2 弹塑性断裂力学行为的数值模拟

5.2.1 聚丙烯材料弹塑性断裂力学行为的数值模拟

5.2.2 随机云杉短纤维复合材料弹塑性断裂力学行为的数值模拟

5.2.3 弹塑性断裂力学行为的数值模拟结果分析

5.3 纤维含量对断裂力学参数的影响

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

致谢