三维五向编织复合材料t型梁弯曲疲劳多尺度结构破坏机理

《三维五向编织复合材料t型梁弯曲疲劳多尺度结构破坏机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10255学号：1142005东华大学博士学位论文三维五向编织复合材料T型梁弯曲疲劳多尺度结构破坏机理学科专业纺织材料与纺织品设计研究生欧阳屹伟导师顾伯洪孙宝忠二零一八年五月Multi-scalestructuraldamagemechanismsofthree-dimensionalfive-directionalbraidedcompositeT-beamunderbendingfatigueloadingsByYiweiOuyangSupervisedbyProf.BohongGuandProf.BaozhongSunA

2、DISSERTATIONSUBMITTEDTOTHECOLLEGEOFTEXTILESANDTHECOMMITTEEOFGRADUATESTUDIESOFDONGHUAUNIVERSITYINPARTIALFULFILLMENTOFTHEREQUIREMENTSFORTHEDEGREEOFDOCTOROFPHILOSOPHYDonghuaUniversityShanghai,P.R.China,201620May,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。所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行

3、研究工作所取得成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其它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□，在年解密后适用本版权

4、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：年月日东华大学欧阳屹伟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章倩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五向编织复合材料T型梁弯曲疲劳多尺度结构破坏机理摘要三维编织是制备复杂横截面预成型体和异形件有效技术，例如三维编织T型梁。在三维编织T型

5、梁中消除筋板和面板间接缝和结构缺陷，在长期静态和动态加载中不存在分层失效模式，具备其他类型T型梁不具备的结构优势。本文以三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料T型梁为研究对象，实验测试T型梁弯曲疲劳性质和S-N曲线，在单胞和细观结构两个层面数值分析弯曲疲劳失效机理，揭示T型梁几何结构对细观结构和组分材料对疲劳性质的影响规律。实验研究中，测试三维五向编织复合材料T型梁准静态三点弯曲性能，获得材料载荷位移曲线和破坏形态。根据准静态载荷峰值制定循环加载应力水平，分别在80%、70%、60%和50%应力水平条件下测试三维五向编织复合材料T型梁三点弯曲

6、疲劳性能，获得材料的疲劳寿命（S-N）曲线，载荷-挠度曲线、刚度退化曲线及破坏形态等。研究发现：（1）根据疲劳寿命（S-N）曲线，疲劳寿命随应力水平降低而增加，疲劳寿命极限为50%应力水平。（2）载荷挠度曲线存在明显滞后圈，滞后圈面积随循环加载进行而持续增大，直至材料失效。（3）不同应力水平下刚度退化曲线均呈现明显的“三阶段”规律，不同阶段损伤机制不同。加载初始阶段主要是面板处树脂基体开裂，加载中期阶段为纤维和树脂界面脱粘，加载最终阶段为加强筋处纤维断裂。（4）准静态和疲劳加载条件下损伤区域均集中在面板和加强筋中部，但疲劳加载条件下材料

7、的损伤程度比准静态条件下损伤程度严重。有限元分析中，在单胞尺度层面，根据三维五向编织T型梁预成型体细观结构，构建五种基本单胞，即内单胞、面单胞、角单胞、交接内单胞和交接角单胞。然后建立三维五向编织复合材料T型梁单胞有限元模型，计算模型在不同应力水平条件下的刚度降解曲线、挠度变化曲线和应力和应变分布。在细观尺度东华大学博士学位论文摘要层面，建立三维五向编织复合材料T型梁小尺寸有限元模型，分析模型中不同组分材料的应力退化和应力分布情况、能量吸收情况以及模型整体的界面损伤情况和疲劳损伤形态。研究发现：（1）单胞模型有限元计算可以得到和实验类似

8、的“三阶段”刚度降解曲线和挠度变化曲线，加载初始阶段和加载最终阶段，材料刚度急剧下降，材料挠度大幅增加。加载中期阶段，刚度缓慢下降，挠度增加幅度较小。（2）单胞模型中，应力和应变集中区域均为面板和加强筋中部