纤维增强复合材料变形和损伤的细观力学分析.pdf

目录摘要??????????????????????????????????????????.IABSTRACT??????????????????????????????????????一III第一章绪论?????????????????????????????????????????????????????.????????????????????.????????????????????????.??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.????????????????????????.11第二章纤维复合材料变形行为的剪切滞后分析?????????????。???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.????????????????????????.???????????????????????????25第三章纤维复合材料变形行为的有限元分析??????????????..??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.???????????????????????..???????????????????????????48第四章结论与展望????????????????????????????????????????????????????????????????。??????...???????????????????????51参考文献??????????????????????????????.53硕士期间发表论文及参与项目?????????????????????.63致{射?????????????????????????????????????????..65摘要摘要纤维增强复合材料是由纤维作为增强相、以不同材料为基体的复合材料,它能综合各组分材料的优良性能。由于纤维具有高强度、高模量的特性,这类复合材料在诸如飞机、汽车、建筑等结构领域具有非常广泛的应用前景。但作为脆性材料的纤维,其强度具有较大的分散性,导致在材料内部容易出现部分纤维首先发生断裂的损伤破坏现象,严重影响结构的安全。在工程应用过程中,纤维增强复合材料的可靠性和实用性受到越来越多的重视。尤其是破坏过程的复杂性、随机性以及损伤作用的相互耦合,增大了认识这类材料的性能特点以及损伤破坏本质规律的难度。比如,针对包括纤维断裂的复合材料损伤情况的估计和诸如强度、刚度等力学特性的预报。本文主要针对复合材料中纤维断裂这一损伤形式进行研究。首先,根据剪切滞后模型理论,假设纤维和基体两种组分同时承受纤维轴向的拉伸载荷,建立纤维断裂导致复合材料发生变形的细观破坏力学模型,从理论上分析纤维断裂对复合材料变形行为的影响。研究发现:单根纤维发生断裂时,断裂纤维引起的应力集中现象呈明显的局部化;利用影响函数叠加的方法,将多根纤维发生断裂转化成为多个单根纤维发生断裂叠加,并且将应力场的控制方程建立在受纤维断裂影响明显的有限区域内。结果表明:断裂纤维的应力分布沿着纤维轴向逐渐增大;纤维断裂释放出来的绝大部分载荷被断裂纤维邻近的第一根纤维承担,传递到邻近第二根纤维上的载荷很少。基于理论结果,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟:建立纤维发生断裂时复合材料的二维有限元模型,选取CPS8单元进行结构离散化,在细观尺度上研究了不同纤维断裂形式下复合材料的变形行为,