三向鋪層穿刺復(fù)合材料的漸進損傷分析.pdf

1、C/C穿刺復(fù)合材料由于其具有優(yōu)異的力學(xué)性能，在航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，正日益受到人們的重視。由于穿刺復(fù)合材料具有復(fù)雜的細觀結(jié)構(gòu)，利用傳統(tǒng)的理論方法很難表征該復(fù)合材料的力學(xué)性能，從而在很大程度上制約了該材料的發(fā)展。而有限元方法則顯示出其較理論方法的優(yōu)越性，通過有限元方法建立有效的復(fù)合材料單胞模型，進行數(shù)值計算，能夠精確地預(yù)測復(fù)合材料的有效力學(xué)性能。
　　本文首先編寫了Umat用戶材料子程序，把細觀組分材料的損傷模型和損傷演

2、化模型引入到材料的本構(gòu)中，用來預(yù)測纖維增強材料在拉伸載荷下的損傷失效模式及等效強度。然后通過對單向纖維增強復(fù)合材料的單胞模型進行漸進損傷分析，驗證了該Umat子程序的有效性。
　　然后利用有限元方法研究了C/C穿刺復(fù)合材料的剛度性能。根據(jù)C/C穿刺復(fù)合材料細觀結(jié)構(gòu)周期性特點，適當(dāng)選取代表性體積單胞，建立了單胞的有限元模型來表征該材料的力學(xué)性能。對單胞施加周期性邊界條件，進行剛度分析，獲得了此穿刺復(fù)合材料的等效彈性模量、泊松比等彈性

3、性能。
　　最后研究了C/C穿刺復(fù)合材料在不同拉伸載荷下的破壞模式和拉伸強度。建立了不包含界面單元、包含較強界面單元和較弱界面單元三種形式的穿刺結(jié)構(gòu)單胞的有限元模型，分別施加沿 X, Y, Z三個方向的拉伸載荷，對穿刺復(fù)合材料損傷模式和拉伸強度進行了預(yù)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此穿刺材料強度分布比較均勻，X, Y, Z三個方向均有相應(yīng)纖維束增強，材料在X, Y, Z三個方向的拉伸強度比較接近，沒有出現(xiàn)比較薄弱的拉伸方向。纖維束和界面之間的界面