在作者已有的內(nèi)胞模型基礎(chǔ)上,結(jié)合陳利等的面胞紗線走向及Chou等對(duì)表面纖維束截面形狀的描述,建立了由面胞和內(nèi)胞組合的有限元分析模型,比較真實(shí)地模擬了三維四向編織復(fù)合材料的真實(shí)結(jié)構(gòu)。通過有限元計(jì)算預(yù)測(cè)了其彈性性能,并同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,分析討論了三維四向編織復(fù)合材料的面胞對(duì)整體彈性性能的影響。研究結(jié)果證明了面胞在三維四向編織復(fù)合材料彈性性能有限元預(yù)測(cè)中的重要性。
三維編織復(fù)合材料以整體編織預(yù)成型件為增強(qiáng)材料,整體上顯著地提高了材料的強(qiáng)度和剛度,而且比一般復(fù)合材料具有明顯的可設(shè)計(jì)性和較好的綜合性能指標(biāo),使這類材料在航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
研究編織復(fù)合材料力學(xué)性能的主要目的是為工程設(shè)計(jì)和分析提供必要的基礎(chǔ)。但從目前的技術(shù)水平來看,編織復(fù)合材料的研制成本較高,研制周期也較長(zhǎng),因此在材料研制和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期有效地進(jìn)行材料性能的理論預(yù)報(bào)對(duì)材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)十分重要。國(guó)外Frank等在實(shí)驗(yàn)觀察基礎(chǔ)上建立了確定三維編織復(fù)合材料幾何尺寸的理論框架,并用幾何模型預(yù)估編織復(fù)合材料的模量。后來,Chou等提出了纖維傾斜模型,用傾斜層板的集合來描述編織復(fù)合材料的力學(xué)特性。國(guó)內(nèi)吳德隆等提出了三細(xì)胞模型,預(yù)測(cè)了編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的彈性模量和泊松比等力學(xué)性能。陳利等基于變分原理,用有
限多相元法來預(yù)測(cè)三維編織復(fù)合材料的有效性能。劉振國(guó)等對(duì)三維四向編織復(fù)合材料的參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行了研究,提出了一種“米”字形體胞有限元計(jì)算模型,數(shù)值預(yù)報(bào)了三維四向編織復(fù)合材料的有效彈性模量。最近,楊振宇等又提出了一種十分接近三維編織復(fù)合材料真實(shí)結(jié)構(gòu)的有限元實(shí)體模型,數(shù)值預(yù)報(bào)了三維四向編織復(fù)合材料的彈性性能。但是,目前研究的大部分分析模型與編織復(fù)合材料的實(shí)際結(jié)構(gòu)相差較大,在對(duì)三維編織復(fù)合材料的彈性性能預(yù)測(cè)時(shí)還存在較大的誤差,模型的結(jié)構(gòu)和理論預(yù)測(cè)所用的方法有待進(jìn)一步改進(jìn)。相對(duì)而言,將實(shí)體模型作為分析模型,可以更加準(zhǔn)確地反映三維編織物的空間實(shí)際結(jié)構(gòu)。
本文在作者已有的內(nèi)胞模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合陳利等的面胞紗線走向及Chou等對(duì)表面纖維束截面形狀的描述,建立了由面胞和內(nèi)胞組合的實(shí)體模型。然后通過有限元模型的加載計(jì)算,對(duì)三維四向編織復(fù)合材料的彈性性能進(jìn)行了理論預(yù)測(cè),討論了組合的實(shí)體模型中面胞含量對(duì)整體彈性性能的影響,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。
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