三维编织复合材料t型梁高温场横向冲击热力耦合响应与损伤分析

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1、学校代码：10255学号：1149119东华大学博士学位论文三维编织复合材料T型梁高温场横向冲击热力耦合响应与损伤分析专业：纺织复合材料作者：张威指导教师：孙宝忠、顾伯洪二零一八年四月Thermal-mechanicalcouplingresponseanddamageanalysisof3DbraidedcompositeT-beamunderelevatedtemperatureandtransverseimpactloadingByWeiZhangSupervisedbyProf.BaozhongSunandPr

2、of.BohongGuADISSERTATIONSUBMITTEDTOTHECOLLEGEOFTEXTILESANDTHECOMMITTEEOFGRADUATESTUDIESOFDONGHUAUNIVERSITYINPARTIALFULFILLMENTOFTHEREQUIREMENTSFORTHEDEGREEOFDOCTOROFPHILOSOPHYDonghuaUniversityShanghai,P.R.China,201620April,2018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。

3、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。除文中已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：年月日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

4、手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密√。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日东华大学张威博士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注晏雄教授答辩委员会主席东华大学黄莉茜教授答辩委员会委员东华大学杜赵群教授答辩委员会委员东华大学陈廷教授答辩委员会委员苏州大学中国科学院苏州纳米技吕卫帮研究员答辩委员会委员术与纳米仿生研究所崔启璐助理研究员答辩委员会秘书东华大学东华大学博士学位论文摘要三维编织复合材料T型梁高温场横向冲击热力耦合响应与损伤分析摘要三维编织

5、复合材料T型梁集复合材料高比强度和高比刚度性能、三维编织结构抗分层性能以及T型梁高抗弯刚度等优异特点于一体，可应用于高速列车、新能源汽车以及轻质飞行器等领域。本文旨在进行三维编织复合材料T型梁高温场横向冲击加载热力耦合响应与损伤机理分析。主要研究内容：(1)采用MTS810.23材料测试系统搭载自制高温环境装置对不同筋高高度(0mm、5mm和10mm)三维编织复合材料T型梁在不同温度(20℃、50℃、75℃和100℃)下进行准静态横向弯曲加载测试，研究复合材料T型梁高温场准静态横向弯曲加载响应。(2)采用改进型分离式霍

6、普金森杆搭载自制高温环境装置对不同筋高高度(0mm、5mm和10mm)三维编织复合材料T型梁在不同温度(20℃、50℃、75℃和100℃)和不同冲击加载速度(8.5m/s、11m/s和13.5m/s)下进行横向冲击加载测试，研究温度和冲击速度以及筋高高度对复合材料T型梁横向冲击加载响应影响。(3)建立三维编织复合材料多尺度结构模型，建立计及温度效应和应变率效应热力耦合本构材料模型，引入绝热温升方程，建立完整闭合热力耦合模型，并编写用户自定义材料子程序(VUMAT)。利用有限元软件ABAQUS建立三维编织复合材料冲击压缩

7、有限元模型，调用VUMAT，计算三维编织复合材料冲击压缩热力耦合响应，验证热力耦合模型有效性。(4)基于所建热力耦合本构模型，采用ABAQUS建立三维编织复合材料T型梁高温场横向冲击模型，并调用VUMAT，计算三维编织复合材料T型梁高温场横向冲击响应，分析其热力耦合损伤机理。主要研究发现：I东华大学博士学位论文摘要(1)温度和筋高高度对三维编织复合材料T型梁准静态横向加载响应具有明显影响。T型梁准静态横向载荷和能量吸收随测试温度增加而减小，随筋高高度增加而增加；位移随测试温度和筋高高度增加均减小；筋高高度对于T型梁准静

8、态横向加载响应影响比温度影响更加显著；T型梁主要失效模式为纱线断裂和树脂开裂，低温到高温时失效由脆性转为塑性。(2)温度、冲击速度和筋高高度对复合材料T型梁横向冲击加载响应有很大影响。温度越高，T型梁横向冲击载荷越小、位移越大以及冲击吸收能量越小；冲击速度越高，T型梁横向冲击载荷越大、位移越大以及冲击吸收能量越大；筋高高度越高，T