三維機織復(fù)合材料的多尺度力學(xué)性能研究.pdf

1、本文采用多尺度有限元方法研究了三維機織復(fù)合材料的彈性性能和裂紋擴展方式，論文主要分三部分：
　　 第一，建立了三維機織復(fù)合材料的微、細觀單胞模型，討論了其滿足的周期性邊界條件及由細觀編織參數(shù)計算細、微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。微觀單胞模擬了紗線束中纖維和基體兩相材料的非均勻性，細觀單胞模擬了三維機織復(fù)合材料的周期性編織結(jié)構(gòu)，對于微、細觀單胞，研究了周期性邊界條件及其在商用軟件上的實現(xiàn)方法——主、從節(jié)點法，并能以平均應(yīng)變或平均應(yīng)力的方式對

2、單胞施加多軸載荷。三維機織復(fù)合材料表面和內(nèi)部區(qū)域的細觀編織結(jié)構(gòu)有所差異，并且表面部分沿厚度方向不再有周期性，因此本文著重研究了表面細觀單胞合理的邊界條件。
　　 第二，研究了三維機織復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)多尺度耦合的數(shù)值分析模型。給出了三維機織復(fù)合材料平均彈性常數(shù)的逐級分析方法，并研究了由宏觀結(jié)構(gòu)、到細觀纖維束、再到微觀纖維三個尺度耦合的應(yīng)力分析方案。以一種三維機織復(fù)合材料為例，用上述多尺度耦合的模型逐級計算了材料的平均彈性常數(shù)，分析了

3、表面單胞和內(nèi)部單胞以及全厚單胞間的差異；并沿相反方向，由宏觀結(jié)構(gòu)分析逐級計算出纖維束尺度和纖維尺度的細、微觀應(yīng)力的局部波動。
　　 第三，建立了一種三維機織復(fù)合材料細觀裂紋擴展的有限元分析模型。構(gòu)造了含有粘聚力界面單元的局部子劃分有限元模型和反映了損傷方向性的等效裂紋模型。對裂尖所在的單元進行局部細化分析，對于包含裂紋的單元，其單元剛度矩陣根據(jù)裂紋的位置和方向進行剛度折減。用此模型對一種三維機織復(fù)合材料，在經(jīng)、緯向單向拉伸載荷作