实验与数值耦合方法研究植物短纤维复合材料的断裂力学行为.pdf

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1、实验与数值耦合方法研究植物短纤维复合材料的断裂力学行为Couplingbetweenexperimentalmeasurementsandnumericalsimulationforfracturebehaviorofplantshortfiberreinforcedcomposites学科专业：固体力学研究生：袁海涛指导教师：沈珉副教授天津大学机械学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料

2、。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要植物短纤维增强复合材料具有质量轻，断裂强度高，材料可进行降解和循环利用等特性。因此，短纤维复合材料可作

3、为汽车、列车、飞机内饰选材材料的同时也可作为一些承力件的材料使用。这些特点不仅能提高了汽车、列车、飞机的能源效率，而且减少了对自然资源的消耗，符合环境保护的迫切要求。本文利用数字图像相关方法对短纤维复合材料进行了力学性能的研究。首先，研究了数字图像相关方法的相关理论，根据MicrosoftVisualStudio2008具有效率高，可移植性强可扩展和易维护，并且VC++有大量的标准程序库作为开发基础等优点。利用VisualC++2008作为开发环境和工具，编写了数字图像相关的计算程序和用户界面。其次，将高分辨率CCD和InstronEP10000电推式拉扭试验机高精度加载相结合，对随机植物短

4、纤维增强聚丙烯复合材料进行断裂力学实验。在加载荷过程中，采集复合材料试件表面散斑和自然纹理图像，观察试件裂纹扩展；用数字图像相关方法测量材料试件在实验过程中的表面位移场的变化，计算出全场位移。在上述实验结果基础上，将实验和数值计算进行耦合，即耦合法。首先利用有限元软件建立试件对应的有限元模型，通过VC++开发软件编写与有限元接口程序，将DIC实验测得的位移导入到有限元模型中，作为边界条件进行有限元模拟计算，从而实现有限元与实验耦合，得到全场应变和应力，进而得到J积分，分析表征该植物随机短纤维增强复合材料的断裂力学行为。本文工作将数字图像相关测量方法与位移模式有限元方法结合，实现准确测量这类随

5、机短纤维复合材料的断裂力学参数，如J积分等。实验与数值方法的耦合研究，可为这类材料及其结构件的优化设计，提供可靠的实验分析数据。关键词：植物短纤维增强复合材料；数字图像相关；断裂力学；有限元；耦合法；J积分ABSTRACTWithlightweight,highfracturestrength,degradabilityandrecyclability,theplantshort-fibercompositeisusuallyusedasinteriordecorativematerialinautomobile,trainandaircraft.Moreover,itisalsosomel

6、oad-bearingparts’idealrawmaterial.Thesefeaturesnotonlyimprovetheenergyefficiencyofautomobile,train,aircraft,butalsoreducetheconsumptionofnaturalresourcestomeettheurgentrequirementsofenvironmentalprotection.Thispaperstudiesthemechanicalbehaviorofshortfibercompositeswithdigitalimagecorrelationmethod.

7、Firstly,focusonstudyingthetheoryofdigitalimagecorrelationmethod.Withthehighefficiency,strongportability,finescalabilityandeaseofmaintenanceofMicrosoftVisualStudio2008,and,what’smore,plentyofstandardlibraryi