四步法三维编织复合材料弯曲疲劳性质及损伤演化有限元分析

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1、万方数据学校代码：10255学号：1119008四步法三维编织复合材料弯曲疲劳性质及损伤演化有限元分析FiniteElementAnalysisonBendingFatigueandDamageEvolutionofThree．．dimensionalFour--stepBraidedCompositeMaterials专作业：答辩日期：2014年10月万方数据FiniteElementAnalysisonBendingFatigueandDamageEvolutionofThree--dime

2、nsionalFour--stepBraidedCompositeMaterialsLiweiWuSupervisedbyBohongGuADISSERTATIoNSUBMITTEDTOTHECoLLEGEoFTEXTILESANDTHECOMMITTEEOFGRADUATESSTUDIESOFDoNGHUAUNIVERSITYINPARTIALFULFlLLMENToFTHEREQUIREM匮NTSFORTHEDEGREEOFDOCToRoFPHILOSoPHYDonghuaUniversit

3、yShanghai，China，200051October，2014万方数据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。所呈交学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得成果。除文中己明确注明和引用内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过作品及成果内容。论文为本人亲自撰写，我对所写内容负责，并完全意识到本声明法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：砧l午年p月)f日万方数据东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全解学校有关保留、使用学位论

4、文规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文复印件和电子版，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。本学位论文属于日期鼎忡『日‘槲保密口，在一年解密后适用本版权书。不保密■。指导教师签名：日舻K年‘饥日期：年。月1日万方数据ABSTRACT四步法三维编织复合材料弯曲疲劳性质及损伤演化有限元分析摘要四步法三维编织物中，所有纱线在空间中相互交织形成空间网状结构，具有极高的外形结构和力学性

5、质可设计性，理论上可以织造出任意厚度、特殊截面甚至变截面异形件。该结构复合材料具有近净成形、整体结构稳定、抗分层、抗剪切性能优良等特点，在工程领域有极大应用潜力。任何结构件在使用过程中均会遭受疲劳损伤所造成的影响，为避免因疲劳破坏所产生的安全隐患，延长使用寿命，对四步法三维编织复合材料疲劳性能以及损伤演化的研究至关重要。本文在实验测试的基础上，通过单胞和细观两种尺度对四步法三维编织复合材料三点弯疲劳循环加载下的力学性能、结构效应以及损伤机理进行有限元分析。论文工作具体如下：1．测试四步法三维编织

6、复合材料准静态三点弯曲强度、弯曲模量、载荷．挠度曲线以及损伤破坏性态，分析失效机理以及结构效应，并根据最大弯曲强度制定疲劳加载应力水平。在准静态实验中发现四步法三维编织复合材料表现出明显的抗弯刚性，破坏主要集中在整个材料的中部区域，主要为纱线与树脂脱粘，纤维发生抽拔和断裂破坏，无分层现象。2．在不同应力水平条件下对四步法三维编织复合材料进行三点弯循环加载测试，根据载荷一挠度曲线和刚度退化曲线，分析渐进破坏过程所对应的疲劳力学响应与损伤机理。通过实验发现疲劳寿命与应力水平之间成反比关系，不同应力水

7、平条件下的载荷一挠度曲线和刚度退化曲线均会出现明显的“三阶段”形态。3．在四步法编织工艺以及纱线空间形态基础上，将四步法三维编织复合材料划分出三个基本循环单元(内单胞、面单胞和角单胞)，根据试件纱线排列以及编织角分别计算出三个基本循环单元所占体积比、内部纤维填充系数、纱线体积含量以及刚度矩阵，用于建立三单胞几何模型以及材料模型。通过计算发现内单胞所占体积比例很高，外层单胞在加载时会提供很大程度的抗弯性能。4．利用三单胞模型对准静态加载下四步法三维编织复合材料力学性能进行有限元分析，计算三种基本循

8、环单元在弯曲载荷下的承载情况，分析准静态加载下四步万方数据ABSTRACT法三维编织复合材料的损伤机理。通过对比发现，三单胞模型的弯曲模量与实验结果更为接近，可以准确计算出四步法三维编织复合材料准静态加载下的弯曲性能。5．根据弯曲损伤刚度公式推导并建立四步法三维编织复合材料疲劳载荷下的刚度以及强度退化模型，利用Fortran语言将三单胞本构关系、刚度退化模型、Hashin三维失效准则以及等寿命公式编写入有限元用户材料子程序UMAT，对四步法三维编织复合材料三种应力水平(80％，70％和60％)下