三维编织复合材料试验设计及典型力学性能研究

1144766066 · 发表于 2022-5-13 21:11:56

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基于三维四向矩形截面编织复合材料的细观编织结构，根据材料结构的周期性特点提取出一种三维有限元单胞模型。模型模拟了编织纤维束的空间构型以及编织过程中纤维束间的挤压变形。给纤维束和基体赋予不同的材料属性，为模型施加周期性的边界条件预测了材料的有效弹性性能，与文献中的结果对比验证了该单胞方法预测材料弹性性能的可行性。此外，分析了不同编织角和体积分数及不同纤维基体搭配的材料弹性性能。并分析了单胞模型截面优化前后对细观力学行为的影响。同样基于上述单胞模型理论，进行了非线性分析。首先，应用渐进损伤理论，基于材料的单胞模型分别用应变表示的准则描述了纤维束和基体的损伤，为编织复合材料提供了一种描述渐进损伤的失效准则，得到了损伤变量进而使材料的有效刚度矩阵不断衰减直至失效；以ABAQUS软件为工具应用该失效准则的UMAT子程序，预测了材料的拉伸强度和损伤过程，得到了与实验数据相近的结果，并得到了典型的纤维增强复合材料的损伤失效过程。然后，为了预测三维编织复合材料的压缩性能，应用缺陷法进行了材料的屈曲非线性分析，缺陷法首先通过ABAQUS线性屈曲分析计算单胞模型的各阶屈曲特征值和模态，再将屈曲模态作为初始缺陷施加给单胞模型并进行非线性屈曲分析，进而得到了材料压缩响应和失稳屈曲导致失效的极限载荷。并分析了缺陷法中不同缺陷系数对材料应力应变响应的影响。最后，进行了纺织材料三点弯曲试验条件的搭建，并通过二维编织复合材料三点弯试验验证了该试验夹具的可行性，进一步设计了高温三点弯试验夹具。对二维编织加穿刺复合材料和三维整体编织材料的弯曲试验载荷挠度曲线进行了对比分析和断口观察，同时引入数字图像相关法记录分析了编织复合材料弯曲试验时的变形历程。

三维编织复合材料试验设计及典型力学性能研究

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