三维编织复合材料的热粘弹性能研究

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随着树脂基三维编织复合材料在长时和变温环境中的广泛应用,对其热粘弹性能的研究变得非常重要。本文针对三维编织复合材料的热粘弹性能主要做了以下工作:首先,将三维编织复合材料划分为三细胞结构,将编织纱线划分为周期性的代表体积单元,建立了三维编织复合材料的多尺度力学模型。并在多尺度力学模型中引入了适用于有限元分析的周期性边界条件。其次,基于多尺度有限元模型,通过树脂基体的粘弹性参数和纤维的弹性常数,导出纱线的三维粘弹性本构关系。然后根据纱线的粘弹性本构关系和基体的粘弹性参数导出内胞的三维粘弹性本构关系。将数值预测的结果与粘弹性实验进行了比较,结果表明,预测结果与实验值相符得很好。本文还分析了编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料粘弹性响应的影响。再次,通过三维编织复合材料在不同温度下的松弛模量,得到了三维编织复合材料的时温等效关系。引入等效热膨胀系数假设,导出了三维编织复合材料的热粘弹性本构关系。并且研究了三维编织复合材料在不同恒温和不同变温历史下的热粘弹性变形特性。最后,研究了三维编织复合材料在交变应力载荷作用下的粘弹性应变响应。根据三维编织复合材料的蠕变柔量推导出复柔量,并讨论了复柔量与角频率的关系。基于三维编织复合材料的时温等效关系和等效热膨胀系数假设,导出三维编织复合材料在热和交变应力载荷作用下的稳定应变响应。通过与有限元分析结果的比较可得,本文导出的三维编织复合材料动态热粘弹性响应与有限元分析的结果非常吻合。本文还讨论了编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料动态热粘弹性能的影响。
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