25维机织复合材料疲劳寿命预测模型和的分析方法的研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineerResearchonFatigueLifePredictionandDamageAnalysisof2.5DWovenCompositesAThesisinMechanicalDesignandTheorybyQiuRuiAdvisedbyProfessorWenWeidongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDo

2、ctorofPhilosophyDecember,2013万方数据承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据南京航空航天大学博士学位论文摘要2.5维机织复合材料是一种新型的结构型复合材料，目前国内外

3、对其疲劳特性研究非常有限。本文从理论和试验研究两方面，开展了2.5维机织复合材料疲劳特性研究工作，重点研究了单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型，2.5维机织复合材料细观几何模型、强度预测模型、疲劳寿命预测模型及逐渐损伤分析方法。本文研究的主要结论如下：（1）开展了2.5维机织复合材料静拉伸及拉-拉疲劳力学性能试验研究。对2.5维机织复合材料经向和纬向进行了静拉伸及拉-拉疲劳试验，获取了2.5维机织复合材料经向和纬向的强度特性和疲劳特性，对比分析了材料在静载及疲劳载荷作用下的失效模式。（2）建立了不同纤维体积含量单向板疲劳剩余刚度和剩余强度模型。考虑纤维体积含量和应力水平的影响，

4、推导并建立了适用于不同纤维体积含量的单向板疲劳剩余刚度和剩余强度模型。通过不同纤维体积含量单向板算例分析验证了本文疲劳剩余刚度和剩余强度模型的有效性。（3）进行了2.5维机织复合材料细观几何模型和刚度预测模型研究。提出采用六边形截面假设描述纬纱截面形状，经纱走向简化为折线形式，建立了一种新的2.5维机织复合材料细观几何模型。基于刚度体积平均思想，引入所建立的细观几何模型，建立了2.5维机织复合材料刚度预测模型。采用本文模型计算得到的2.5维机织复合材料细观几何参数及弹性模量均与试验值吻合较好，表明了本文细观几何模型的合理性。（4）建立了基于细观结构的2.5维机织复合材料强度预测模型

5、。基于新建细观几何模型建立单胞模型，引入改进的三维Hashin失效准则和Mises准则作为组分材料的失效判据，采用不同的刚度折减方法来表征不同的失效模式，建立了2.5维机织复合材料强度预测模型。利用有限元分析技术，开发了相应的参数化逐渐损伤分析程序，模拟了2.5维机织复合材料拉伸载荷作用下细观结构的损伤扩展过程。强度和失效模式预测结果与试验结果吻合较好，验证了本文强度预测模型和分析方法的有效性。（5）建立了2.5维机织复合材料疲劳寿命预测模型与逐渐损伤分析方法。以单胞模型为研究对象，引入单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型，结合组分材料是疲劳失效判据和性能突降方法，建立了2.5维

6、机织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ANSYS有限元软件开发了疲劳寿命预测与逐渐损伤分析程序，模拟了2.5维机织复合材料在疲劳载荷作用下细观结构的损伤扩展过程。试验验证表明，本文疲劳寿命预测模型与分析方法能较好地预测2.5维机织复合材料疲劳寿命和失效模式。关键词：2.5维机织；单胞模型；纤维体积含量；剩余刚度；疲劳寿命；逐渐损伤I万方数据2.5维机织复合材料疲劳寿命预测模型与分析方法研究Abstract2.5Dwovencompositesisanewkindofstructuralmaterial,researchesonfatiguepropertyof2.5Dwovencomp

7、ositesareextremelylimited.Theoricalandexperimentalresearcheson2.5Dwovencomposites’fatiguepropertiesandfailuremechanismarecarriedoutinthisthesis.Fatigueresidualstiffnessandresidualstrengthdegradationmodelofunidirectionalcomposites，Meso-g