纤维增强聚合物材料力学性能的数值预测

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityj05968forthedegreeofMasterNumericalPredictionofPropertyofFiberReinforcedPolymerCompositeBy：DongXinSupervisor：Prof．ZhenfengZhaoMaterialProcessingEngineering——一SchoolofMaterialScienceandEngineeringApril2010一．▲r。原创性声明lUlIIIIII

2、IIIIIIIY1832559本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：害椅．同期：二。／a年歹月万日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，

3、允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：名栋同期：≯。／D年箩月巧同摘要摘要纤维增强塑料复合材料以其质量轻、强度高、易于成型加工等特点被广泛应用于汽车、建筑等行业。对于此类材料的力学性能的预测多采用层合板理论，结合纤维按照单一方向取向时的力学性能进行计算。对单向取向的

4、纤维增强塑料复合材料力学性能进行预测时，通常使用Tandon．Weng模型，一般认为，此模型的计算过程更加简便，结果也相对准确。但是，纤维单一取向的注塑制品在实际中是不存在的，因此Tandon．Weng模型无法得到实验的验证，其实用性也打了折扣。本文以单一取向的纤维增强塑料复合材料为研究对象，在二维情况下通过有限元数值方法对Tandon．Weng模型的正确性进行了初步的验证。首先，本文根据三维情况下Tandon．Weng模型的推导过程，推导了Eshelby张量在二维情况下的表达式并对Tandon．Weng模型的计算

5、进行了必要的简化。然后，在纤维周期性均匀分布的情况下，对复合材料建立二维平面模型、采用四节点四边形单元进行网络划分并编写了有限元数值计算程序。最后，在不同的纤维长径比、体积含量和纤维分布形态下，对比了Tandon．Weng模型和有限元数值方法的计算结果。通过本文的研究初步证明了Tandon．Weng模型的局限性：在对单向取向的纤维增强复合材料力学性能进行预测时，此模型并不适用于所有情况；对于纤维周期性均匀排列的情况，此模型无法反映纤维的分布形态对复合材料力学性能的影响。对Tandon．Weng模型的修一以及在纤维非

6、周期性排列时其正确性的验证有待进一步深入的研究。关键词：复合材料力学性能有限元Tandon-Weng模型纤维增强塑料ABSTRACTABSTRACTFiberReinforcedPolymer(FRP)isatypeofcomposite，whichiswidelyusedinflight，cal"manufacturingandarchitectureforitslightweight，highmodulesandcovenantprocessing．Usually,Tandon—Wengmodelisusedt

7、opredictthemechanicalpropertiesofthecompositeinwhichfibersareorientedinasingledirection．Generally,Tandon-Wengmodelisrelativelyaccurateanditscalculationissimplercomparedwithothermodels．However,Tandon-Wengmodelcannotbeprovedbyexperimentsbecausesamplesproducedbyi

8、njection，inwhichfibersaresingle—directionoriented，cannotexist．Thepracticabilityofthismodelreducedtherefore．TheobjectofthisthesisisthesingledirectionorientedFRP．andtheverificationof