四步法三维编织复合材料力学性能的有限元分析

摘要

该文提出了一种新的单胞模型,并采用有限元法分析了三维编织复合材料的力学性能.该文给出了一种三维编织预制件的纱线编织结构的分析方法,得出了编织纱线的运动规律.编织纱线由携纱器携带,沿携纱器的运动趋势线方向运动.采用最小二乘法分段对携纱器的相关运动位置点进行拟合,得到编织过程中纱线的空间运动规律,在此基础上,获得的预制件结构的单胞模型,包含内部单胞,表面单胞和棱角单胞.单胞的取向平行于预制件的表面.并建立了编织工艺参数和几休结构参数的关系,通过实验验证,证明了工艺参数和几何结构参数之间关系的正确性.该文在上述几何模型的基础上,建立了有限元的分析模型并进行了数值计算来预报三维编织材料的弹性模量.该文提出了一种新离散单元模型,将细观单胞作为离散单元对三维编织复合材料进行宏观网格剖分,然后对细观单元进行分析.根据结构单胞模型,将长方体单胞理想化为加强筋单元,即由一个各向同性弹性基体材料长方体和不同取向具有单轴刚度的纤维单元叠加而成.并推导了加强筋单元的刚度矩阵,在给定的边界条件,得出三维编织复合材料的模量.

目录

文摘

英文文摘

第一章综述

1.1四步法三维编织简介

1.2国内外的研究状况

1.3存在的不足

1.4课题研究的主要内容及其意义

第二章四步法三维编织预制件的细观结构

2.1三维编织工艺理论

2.2编织纱线的面内运动规律

2.3编织纱线的空间运动规律

2.4单胞的叠合方式

2.5挤紧状态

2.6纤维体积含量

第三章三维编织复合材料力学性能的有限元法

3.1有限元法原理

3.2有限元法的解题步骤

3.3三维编织复合材料的有限元模型建立

3.4三维编织复合材料力学性能的有限元分析法

3.4.1有限元离散

3.4.2基体单元刚度矩阵

3.4.3纤维单元刚度矩阵

3.4.4加强筋单元的刚度矩阵

3.4.5整体刚度矩阵的组集

3.4.6等效节点载荷

3.4.7边界条件的处理

3.4.8模量求解

3.5框图设计

第四章三维编织复合材料力学性能的测试与分析

4.1力学性能测试的目的

4.2数值结果与实验结果的比较

4.2.1测试标准

4.2.2测试设备

4.2.3试片的形状与尺寸

4.2.4实验方法

4.2.5实验结果分析

4.2.6数值预报结果

第五章结束语

致谢

参考文献

附录Ⅰ三维编织预制件试片规格

附录Ⅱ三维编织复合材料拉伸实验试片参数