纤维增强树脂基复合材料弯曲蠕变分析及其细观模型研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ndhlps
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前,纤维增强树脂基复合材料(Fiber-Reinforced Resin Matrix Plastic,FRP)因为其优异的力学性能而被广泛用于国防科技、航天航空、建筑等领域。由于树脂材料的黏弹性性能,FRP结构在长期承载时发生的蠕变会造成其力学性能的劣化,从而降低其使用寿命。本文采用实验研究、宏观模型预测以及细观力学模型分析的方法,对FRP的蠕变性能进行了系统地研究。论文的主要内容如下:(1)对不同铺层的FRP试样进行了初始弯曲强度测试以及20%弯曲强度所对应的载荷作用下的蠕变实验;以0-1000h的蠕变实验结果为依据,建立HKK蠕变模型,对其长期蠕变性能进行预测;将HKK蠕变模型预测结果与1000-2000h弯曲蠕变实验结果以及国标中所用预测方法进行比较,验证了HKK蠕变模型的准确性;实验与模型结果表明:纤维形态、纤维铺层、纤维方向、树脂含量均影响FRP的蠕变性能,其长期力学性能因此而不同。(2)进行不同温度条件下不同铺层FRP的1h弯曲蠕变实验,分析了温度对FRP蠕变性能的影响机制;对FRP进行动态力学性能分析,讨论FRP的动态力学性能与温度、铺层等因素的关系,并求出其活化能,进而得到时温等效原理的移位因子,通过时温等效原理预测目标温度(室温)下FRP的长期弯曲蠕变性能,并与室温下1000小时FRP的弯曲蠕变实验结果进行对比;结果表明:利用时温等效原理可以进行蠕变加速实验,快速得到目标温度下FRP的长期蠕变性能。(3)建立了包含界面的FRP蠕变混合率单胞模型,对FRP的蠕变性能进行分析与预测,并与FRP在20%弯曲强度所对应的载荷下1000h的蠕变实验结果进行对比;分析了界面模量与厚度、纤维连续性、形态以及位向等因素对FRP蠕变性能的影响。结果表明:相较于不考虑界面效应的混合率模型,本模型具有更高的准确性;界面模量反应了纤维与基体的结合程度,FRP的蠕变柔量随着界面模量的增大而减小;界面厚度的增大会导致FRP的蠕变柔量略微增大;相较于连续纤维增强树脂基复合材料,短切纤维毡增强树脂基复合材料的蠕变性能更易受到界面效应的影响;纤维方向对FRP的蠕变性能有显著影响,随着纤维方向角的增大,FRP的蠕变柔量逐渐增大,但当纤维方向角达到60°后,纤维已基本失去载荷传递和增强能力,FRP的蠕变柔量不再继续随着纤维方向角的增大而增大。
其他文献
鱼类作为世界上最古老的物种之一,具有高机动性、低能耗、高效率的优异游泳性能。从仿生学应用和生态保护的角度出发,对鱼类等生物行为习性的研究一直都颇受重视,因此深入开展各种流场环境下鱼游机理研究具有重要意义。鱼的游动是由其周围流体压力下的被动运动和鱼体本身肌肉收缩的主动变形共同促成的,必须将二者统一分析才可能实现对其运动机理的真正了解。本文通过高速摄影技术观测了鲫鱼在均匀来流和圆柱绕流流场中的游动过程
学位
肝癌是一种典型的免疫原性恶性肿瘤,其致死率在全球癌症中排名第四。免疫细胞浸润机制与肿瘤的生长和发展密切相关。免疫浸润的两个关键问题是免疫细胞在微血管中的输运和跨内皮迁移。其中,众多小于细胞尺寸的微血管狭窄片段和血管壁上的微小孔隙是影响免疫细胞浸润的关键因素。之前的研究多从生物医学角度解读免疫细胞的浸润过程,忽略了免疫调控中血流动力学和细胞力学的作用。基于此,本文结合多种机器学习算法和计算流体动力学
学位
负泊松比结构由于其优异的力学性能和良好的能量吸收性能,在生物医学、汽车、船舶及航天航空等领域有着广泛的应用。本文根据负泊松比内凹蜂窝结构(Auxetic Re-entrant Honeycomb,简称RH)的变形机理,设计出了一种负泊松比变截面内凹蜂窝结构(Auxetic Re-entrant Honeycomb with Variable Cross Section,简称VCRH)。采用有限元模
学位
陶瓷因其优良的抗冲击性能,现已成为装甲防护中的核心材料。明确陶瓷复合装甲抗侵彻机理,对于设计新型高性能复合装甲极为重要。然而陶瓷抗侵彻过程既是一个高速冲击过程,也是一个高度非线性的过程,包括材料的损伤、断裂和飞溅等难以观测的行为,如何了解其动态侵彻过程是研究陶瓷侵彻机理的一个难点。发展针对陶瓷侵彻行为仿真的本构模型和数值模拟方法可以为研究陶瓷侵彻机理提供有效的工具,为研究高性能复合装甲奠定基础。本
学位
机场跑道结冰导致交通中断,甚至引发重大安全事故,现有除冰方法存在除冰不彻底、滞后性、污染环境、腐蚀钢筋等问题。微波加热除冰技术是一种快速、高效且无污染的路面除冰技术。微波可以透过冰层对路面材料进行加热,首先融化冰与路面的粘结层,然后联合机械除冰快速高效清除路面结冰。本文利用橡胶粉和钢渣粉等工业废弃物作为普通混凝土的改性剂,以改善普通混凝土的微波吸收性能,以实验和模拟计算为手段,研究所配制材料的力学
学位
合金化合物的力学性能不仅仅由其化学成分决定,同时也依赖于结构的微观组织和在外载荷作用下结构内部演变过程。结构中晶界的存在和变形中位错的运动都会影响材料的力学性能。研究界面结构及其在变形过程中的结构演变规律对材料的性能预测和应用具有重要指导意义。鉴于此,本文采用分子动力学方法,以具有重要应用前景的Mg2Si和TiAl合金化合物为研究对象,分别研究纳米孪晶界和共格相界在应力场作用下结构演化规律及其对材
学位
热电材料是一种安全稳定的环境友好型能源材料,能实现热能与电能的直接转化。CoSb3作为中温区性能最佳的热电材料之一,受到学者们的重点关注。然而较高的热导率导致该材料热电性能并不理想,为此许多研究人员致力于通过降低CoSb3的热导率来改善其热电性能。研究表明,在结构中引入纳米孔可以有效降低材料的热导率。但由于纳米孔洞的引入,会显著降低材料的力学性能,从而限制了CoSb3的工业化应用,因此探究纳米孔洞
学位
数据机房建设已经进入高速发展阶段,其能耗将大幅度增加。气流组织是影响数据机房能耗的关键,合理的气流组织能降低数据机房的局部热点温度,改善机房的热环境,从而降低数据机房能耗。针对数据机房多因素同步作用考虑不足、数据机房空间结构形式设计单一以及新型冷却技术应用研究不成熟等问题,本文对中小型数据机房气流组织及冷却技术开展研究,为数据机房冷却提供新思路。本文主要的研究工作如下:(1)数据机房气流组织模拟方
学位
土壤中流体运移研究对改善生态环境、防治环境污染、利用地下水资源和提升农业灌溉效率等方面都有着非常重要的现实意义和指导作用,因而备受力学、环境、生态和农业等科研工作者们的关注。土壤孔隙结构具有高度的非均匀性,而植物的根系和土壤微生物的代谢产物使得不同的区域具有不同的润湿性。传统的土壤流体研究方法无法准确描述真实土壤的三维孔隙结构,并且难以刻画土壤内部复杂的润湿性特征。本文基于土壤的三维X-CT图像,
学位
复合材料液体模塑成型工艺(LCM)是一种高性能复合材料构件的低成本制造技术。LCM成型过程中纤维预制体在压力作用下将产生厚度方向的压实变形,使渗透率降低。压实变形产生机制主要是纤维束被压实(纤维束横截面变平)和纤维束间相互错位产生嵌套效应。由于不同位置的嵌套程度不相同,嵌套效应具有空间分散性,使得渗透率不是均匀下降,即压实后预制体不同位置的渗透率具有变异性。传统的LCM理论模型把预制体渗透率按固定
学位