树脂基复合材料多尺度虚拟测试技术的研究硕士论文

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1、工学硕士学位论文树脂基复合材料多尺度虚拟测试技术研究RESEARCHONMULTI-SCALEVIRTUALTESTINGOFRESINMATRIXCOMPOSITE周凯哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：TP391.77学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文树脂基复合材料多尺度虚拟测试技术研究硕士研究生：周凯导师：金天国副教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.77U.D.C.:621

2、.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMULTI-SCALEVIRTUALTESTINGOFRESINMATRIXCOMPOSITECandidate：ZhouKaiSupervisor：Prof.JinTianguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalandElectronicalEnginee

3、ringDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要连续纤维增强树脂基复合材料作为一种多组分材料，其力学性能具有各向异性、非均匀和多样性等特点。复合材料的设计是一种基于试验的半经验式设计方法，而积木式试验方法是目前应用较为广泛的验证方法。针对目前复合材料积木式试验成本高、复用性差、数值模拟不成熟的问题，本文在研究国内外相关研究成果的基础上，在多个尺度上对复合材料性能试验进行了数值建模和仿真，实现了

4、物理试验、虚拟试验和数据处理的集成，利用计算机技术来提高复合材料积木式试验的效率。分析了复合材料成型工艺对其力学性能的影响，设计了多尺度虚拟测试方案，参照ASTM标准进行层合板拉伸性能、面内剪切性能、层间性能和耐冲击性能虚拟试验，界面相性能虚拟试验为单向板虚拟试验提供界面相刚度和强度，单向板虚拟试验为层合板虚拟试验提供单层材料性能参数，典型试样虚拟试验用来模拟孔特征对于层合板性能的影响。确定了在ABAQUS环境下进行建模和仿真，并进行基于脚本和用户子程序的二次开发。设计了复合材料多尺度虚拟测试系统的总体方案和集成接口。建立了单丝体系、单向板、层

5、合板和典型试样的数值模型。在单丝体系的数值建模中，考虑了界面相对于材料性能的影响，利用内聚力单元建立了界面相的数值模型；在单向板的数值建模中，采用纤维随机分布的代表性体积单元来模拟单向板的宏观性能；在层合板的数值建模中，引入了渐进性损伤力学模型和非线性剪切本构模型，利用内聚力单元模拟了层间破坏；在典型试样的数值建模中，对孔特征进行了网格的优化和细化。确定了虚拟试验的模型参数，完成了多尺度性能试验的数值模拟。在界面相性能虚拟试验中，提出了通过曲线对比获得界面相强度和刚度的方法；在单向板性能虚拟试验中，提出了通过载荷卸载点应力计算单向板强度的方法；

6、在层合板和典型试样性能虚拟试验中，研究了材料的渐进性损伤，提出了不同载荷情况下材料承载能力的表达方法。通过物理试验结果和虚拟试验结果的对比验证了数值模型和求解策略的合理性。设计了复合材料虚拟测试系统的软件结构，建立了相关支撑数据库和知识库，利用VisualC++完成了系统的开发。实现了ABAQUS显示窗口的提取与嵌入，以及系统与第三方软件的交互。通过开孔层合板拉伸性能虚拟试验验证了系统的可行性。关键词:复合材料；积木式试验；多尺度建模；虚拟测试-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIthasbeenacceptedthatthem

7、echanicalpropertiesoffiberreinforcedpolymercompositeshavethecharacteristicsofanisotropy,heterogeneityanddiversity.Thedesignofthecompositecomponentisasemi-empiricaldesignmethodandbuilding-blocktesthasbeenwidelyused.Tosolvethehighcost,poorreusabilityandtheimmaturityofthenumeri

8、calsimulationofcompositebuilding-blocktest,onthebasisofresearchathomeandabr