内埋光纤复合材料层合板力学性能研究

摘要

在复合材料中埋入光纤传感系统从而形成智能材料结构，它的研究和开发是现在国内外研究的热门问题。光纤智能材料结构能够实时在线地监测复合材料内部的变化，实现对材料结构寿命的预测。然而埋入的光纤不仅起到感知材料内部变化的作用，还需要承受一定的载荷。除此之外，预埋光纤还会在一定程度上影响材料的连续性和完整性。因此，光纤与复合材料之间力学性能相互影响的问题不容忽视。
　　本文以内埋光纤的碳纤维复合材料层合板为例，分别采用试验和有限元方法，研究了光纤埋入后对复合材料层合板力学性能的影响，研究主要包括以下内容：
　　（1）借助电子显微镜，观察埋入光纤后复合材料层合板的界面形貌，得到预埋光纤对于复合材料层合板细观结构的影响。
　　（2）分别对预埋光纤和未预埋光纤的两类层合板进行了拉伸、弯曲及压缩性能试验，通过试验数据得到了内埋光纤对于材料力学性能的影响。
　　（3）根据显微镜观察的结果，针对不同的光纤直径、位置、数量、以及层合板铺层方式研究光纤与基体材料之间的几何关系，建立了有限元细观模型，进行了拉伸、弯曲及压缩性能的有限元分析，预测了内埋光纤复合材料层合板的力学性能，并和试验结果进行对比分析，验证有限元模型的正确性。
　　（4）利用界面元模拟内埋光纤复合材料层合板中形成的界面，针对弯曲情况建立有限元模型进行分析，得到界面受载后的损伤过程。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤智能复合材料国内外研究现状

1.3 现有工作中的不足

1.4 本文的主要研究内容

第二章 内埋光纤复合材料层合板力学性能试验研究

2.1 内埋光纤复合材料层合板细观结构观察

2.2 内埋光纤复合材料层合板拉伸性能试验研究

2.3 内埋光纤复合材料层合板弯曲性能试验研究

2.4 内埋光纤复合材料层合板压缩性能试验研究

2.5 本章小结

第三章 内埋光纤复合材料层合板力学性能有限元分析

3.1 有限元法

3.2 内埋光纤复合材料层合板拉伸性能有限元分析

3.3 内埋光纤复合材料层合板弯曲性能有限元分析

3.4 内埋光纤复合材料层合板压缩性能有限元分析

3.5 本章小结

第四章 内埋光纤复合材料层合板的界面损伤分析

4.1 界面元概述

4.2 有限元模型

4.3 有限元分析结果

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文