三维多胞机织复合材料冲击响应和能量吸收特征

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1、196503了学校代码10255学号103921lIl‘、东华大学博士学位论文警j，呱一『F『三维多胞机织复合材料冲击响应和能量吸收特征学科专业纺织工程研究生唐予远导师丁辛教授顾伯洪教授二零零八年三月卢、．‘、}一{I、“’‘，{●▲●h{▲1‘l1．。壤产J兰ImpactResponsesandEnergyAbsorptionsof3．DCellularWovenCompositesTangYuyuanSupervisedbyDingXinandGuBohongADISSERTATIoNSUBMITTEDToTHECOLLEGEOFTEXT

2、ILESANDTHECoMMlTTEEoFGRADUATESTUDIESoFDoNGHUAUNIVERSITYINPARTlALFULFILLMENToFTHEREQUIREMENTSFoRTHEDEGREEoFDOCToRoFPHILoSoPHYDonghuaUniversityShanghai，P．R．China，20005lMarch，2008，J‘’^1．1，东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文

3、不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。‘学位论文作者签名：服一日期：文办扩年乡月c叶日，^‰、ff●ft声东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文

4、属于不保密彤指导教师签名：叮事日期：cJF年f月2乒日灰◆三j、≯目、：U●●，／：1必名且签!者，年作略文h敝沪位期学日‰●；，-三维多胞机织复合材料冲击响应和能量吸收特征摘要多胞结构材料由于轻质高强和在冲击加载下的高能量吸收特点而被广泛应用在航空、汽车、舰船、运动器材等领域。该论文旨在表征三维多胞机织复合材料的细观结构、冲击响应和在冲击加载下破坏特征。以角连锁织物为基础组织制备三维多胞机织物和复合材料；利用改进型分离式Hopkinson压杆装置，测试三维多胞机织复合材料横向冲击响应并考察其破坏特征；根据三维多胞机织复合材料细观结构，建立复

5、合材料单胞模型和失效破坏准则，采用FORTRAN语言编写基于弹塑性本构关系、基体最大应力准则和纤维束临界失效面积准则的单胞模型用户材料子程序VUMAT(FORTRANVe：ctorizedUser-Material)，结合商用有限元程序包ABAQUS／Explicit计算三维多胞机织复合材料在横向冲击下的力学响应和吸能特征。结果表明三维多胞机织复合材料在冲击加载下载荷位移曲线和冲击失效模式的计算值和实验值间存在较好的一致性，证明单胞模型、破坏准则和用户材料子程序VUMAT的准确性，该方法可以扩展到计算由三维多胞机织复合材料制造的其他工程结构件

6、冲击响应。论文主要工作是：1．论述和分析改进型Hopkinson单杆装置原理和结构；2．设计并织造以角连锁形式为基础组织的三维多胞机织物，该织物通过上下层织物接结形成多胞结构，采用真空辅助树脂转移模塑技术VARTM(vacuumaidedresintransfermolding)f1]造三维多胞机织复合材料，该材料具有多孔结构，低面密度，高抗弯刚度；‘3．采用MTS810．23材料试验机和改进型Hopkinson压杆装置测试三维多胞机织复合材料准静态和冲击下横向加载的力学性质，考察复合材料能量吸收特征和破坏模式。在准静态加载下，初阶段复合材料

7、试件变形缓慢，表现为材料整体结构响应；当试件承受载荷达最大值后，材料发生结构破坏。多胞机织复合材料在准静态横向载荷下的力学性能与其结构相关，由于沿经纱方向试件受载时局部发生比较严重的应力集中现象，造成承载能力降低。沿纬纱方向是试件的主承力方向，试件呈现一种典型的破坏模式：材料受压面为压缩破坏，受拉面为拉伸破坏，破坏过程中未发现分层现象；4．在横向冲击加载下多胞机织复合材料试件的极限载荷、能量吸收随冲击速度的增大而增大，且由于材料破坏的不同时性，导致载荷位移曲线的波动。纬向试件的极限载荷和能量吸收明显大于经向，这也是由于沿经纱方向试件承受冲击载

8、荷时局部发生比较严重的应力集中现象，造成其承载能力降低。沿纬纱方向是试件的主承力方向。5．建立基于三维多胞机织复合材料细观结构的单胞模型，单胞模型由经纱、纬纱和基体