碳纖維編織復(fù)合材料熱塑性成型力學(xué)建模及工藝研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、國防和風(fēng)電等領(lǐng)域。然而在其熱成型過程中，經(jīng)常出現(xiàn)撕裂、起皺、結(jié)合不牢等種種缺陷以及成型周期長等技術(shù)缺點(diǎn)。高昂的制造成本以及低效的生產(chǎn)率嚴(yán)重制約了其在大批量生產(chǎn)行業(yè)如汽車工業(yè)中的應(yīng)用。因此，本文在國家自然科學(xué)基金委的項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：50975236，11172171）下，以碳纖維編織復(fù)合材料熱塑性成型為中心，進(jìn)行了比較系統(tǒng)和深入的研究。
　　通過拉伸及剪切實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定以及實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施，本文

2、積累了大量的碳纖維編織復(fù)合材料的基本力學(xué)性能數(shù)據(jù)。為了表征纖維增強(qiáng)材料在成形過程中的力學(xué)行為，基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論提出了各向異性超彈性本構(gòu)模型。該模型中應(yīng)變能函數(shù)被分解成由經(jīng)、緯紗所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變能和由經(jīng)、緯紗之間角度變化而產(chǎn)生的剪切應(yīng)變能兩部分。在不考慮卸載情況下，可以將成形過程中材料變形所需要的能量近似等效為應(yīng)變能，同時(shí)模型中的參數(shù)只需通過特定的拉伸、剪切力學(xué)實(shí)驗(yàn)即可獲得，從而就得到了工程應(yīng)用中所需模型的具體表達(dá)式。
　　利用

3、FORTRAN語言編程實(shí)現(xiàn)了ABAQUS的材料自定義子程序模塊UANISOHYPER_INV，成功實(shí)現(xiàn)了所開發(fā)的材料模型和有限元的結(jié)合求解。進(jìn)行了碳纖維編織復(fù)合材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)和國際標(biāo)準(zhǔn)試題的數(shù)值模擬，通過數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了模型的有效性。
　　最后本文利用碳纖維布和聚丙烯熱塑性樹脂顆粒組成疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜曲面零件的一步熱壓成型以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件的大批量、低成本制造。在熱壓成型中，利用加熱裝置對(duì)疊層復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)熱，然