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三维编织复合材料的弹性性能预测

  
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三维编织复合材料的弹性性能预测


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摘要 三维编织复合材料通过采用了三维整体编织技术,使得纤维束在空间彼此交织在一起,构成一个完整的预制件,并将此预制件进行复合固化形成最终的复合材料制件,这在根本上克服了传统复合材料层间强度低、易分层的弊端,并且由于其比重小、比强度高、耐腐蚀、抗冲击能力及抗损伤能力强,这对于飞机等减轻自身的重量并且还能有更高的强度有着很好的帮助,这也是其能够在航空航天、建筑行业、船舶行业、体育用品、医疗卫生等方面得到有效的利用的原因。但是,三维编织复合材料在其宏观构造方面显现的十分的复杂,如果直接对复合材料的宏观结构进行分析,难度实在太大,不过三维编织复合材料的细观结构有着良好的周期性,故目前的研究普遍基于分析周期性单胞从而获得整体结构的力学性能。本文主要从三维编织复合材料的细观构造入手分析单胞模型的应力应变情况并且预测了材料的弹性性能,主要做了如下工作:
(1)本文对于ABAQUS软件的各个模块进行了一一介绍,包括其建模方法、网格划分、边界条件施加、后处理等等,这对于本文后续工作中对于单胞模型在ABAQUS软件平台中的计算有很大的帮助。
(2)本文建立三维四向编织复合材料的单胞几何模型,采取细观有限元方法,施加周期性边界条件,基于ABAQUS软件平台,进行材料的弹性性能预测。结果表明:经过有限元方法计算得到的三维编织复合材料的等效弹性常数与理论值是吻合的,从而也证明了本文所选用的模型是有效的。
(3)本文还分析了单胞几何模型的应力应变分布,分析表明:在各载荷作用下,纤维束应力均明显大于基体应力,同时,纤维束与基体的接触面应力集中现象显著,特别是位于纤维束交错区域的基体。


关键词:三维编织 复合材料 单胞模型 弹性性能 细观有限元模型


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