單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的數(shù)值模擬研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因具有較高的比強(qiáng)度、比模量和耐疲勞、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而受到航空航天、汽車、船舶以及體育器材等行業(yè)的重視并被廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)值方法理論的逐步完善，數(shù)值模擬被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料力學(xué)性能的研究中。它避免了實(shí)驗(yàn)高成本、耗時(shí)等缺點(diǎn)，同時(shí)也脫離了解析方法解決問(wèn)題局限性的限制。
　　 本文首先通過(guò)數(shù)值模擬的方法模擬了單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維的拔出過(guò)程。隨后，又通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了材料從固化完成后的溫度冷卻至

2、室溫的過(guò)程。其中包括不同纖維體積含量對(duì)冷卻完成后材料中的熱殘余應(yīng)力分布的影響、無(wú)機(jī)剛性納米顆粒改性基質(zhì)對(duì)纖維和基質(zhì)間粘結(jié)強(qiáng)度及熱殘余應(yīng)力的影響、不同材料無(wú)機(jī)剛性納米顆粒對(duì)材料冷卻過(guò)程中纖維和基質(zhì)間脫粘和殘余應(yīng)力的影響。
　　 通過(guò)數(shù)值模擬，得出了纖維拔出過(guò)程中纖維拔出位移和施加在纖維上的載荷的關(guān)系曲線。通過(guò)纖維體積對(duì)材料中熱殘余應(yīng)力影響的數(shù)值模擬得出了同一纖維體積含量、不同纖維體積含量模型中的熱殘余應(yīng)力的分布，并找出了纖維體積含

3、量對(duì)冷卻過(guò)程中形成的熱殘余應(yīng)力分布規(guī)律的影響。而在納米顆粒改性基質(zhì)的數(shù)值模擬中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)無(wú)機(jī)剛性納米顆粒對(duì)基質(zhì)進(jìn)行改性能夠明顯提高材料的強(qiáng)度，而且隨著無(wú)機(jī)剛性納米顆粒楊氏模量的提高而有所提高。通過(guò)不同模型冷卻過(guò)程的模擬發(fā)現(xiàn)，纖維和基質(zhì)的脫粘都是從材料的端部發(fā)生的，而且是由于纖維和基質(zhì)間的沿纖維長(zhǎng)度方向的切應(yīng)力造成的。
　　 通過(guò)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的數(shù)值模擬研究，深化了纖維和基質(zhì)間粘結(jié)特性和脫粘行為的認(rèn)識(shí)；加深了不同材料模型冷卻完成