自润滑斜纹织物衬垫面外受载力学分析与研究

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自润滑斜纹织物衬垫作为航空关节轴承重要润滑部件,其可靠性直接关系到航空器的运行安全。轴承的性能与可靠性主要受织物衬垫本身性能影响,其中织物衬垫组分材料的性能及机织形式对其整体力学表现起到决定性作用。通过试验获得复合材料的力学特性已经被证实是不经济甚至是不现实的,同时试验并不能准确获得组分材料之间的依赖关系,需要建立在细观层面分析研究组分材料的力学特性。因此,本文基于织物衬垫细观结构模型、组分材料力学特性及其相互作用,借助有限元法对自润滑斜纹织物衬垫的面外受载损伤机理展开研究,具体展开的工作有:依据显微镜观察的织物结构纤维束截面及路径走向,根据已有的织物建模理论,借助专业纺织品建模工具建立自润滑斜纹织物衬垫的单胞细观结构模型。依托于织物衬垫各组分材料本身材料性质,基于均质化理论以及单体性能推算复合力学性能模型,分别计算得出几种不同体积分数纤维束以及树脂基体在织物衬垫中的理论强度与刚度性能。对织物衬垫复合结构的损伤形式、技术方法以及数学模型展开研究,基于各组分材料的本构模型,通过引入刚度折减系数模拟材料在载荷作用下的损伤,并通过选取的最大正应力损伤判据以及莫尔判据,建立各组分材料的损伤本构模型。将以上损伤数学模型编入材料子程序,为后续的有限元分析斜纹织物衬垫面外受载力学性能奠定了模型基础。基于周期性边界条件数学理论模型,借助商用有限元分析软件Abaqus预留的Python脚本接口,编写了适用于复合材料单胞模型施加周期性边界条件的Python脚本程序,并成功应用于自润滑斜纹织物衬垫单胞有限元分析模型。按照复合材料力学性能试验与评价方法,对自润滑斜纹织物衬垫在试验状态下的力学性能展开研究。并针对织物衬垫厚度方向上的特点提出一种改进的斜纹织物衬垫面外加载试验方法。获得了试验状态下斜纹织物衬垫的损伤破坏形式、力学特性等,可为数值分析的模型验证以及损伤机理分析研究的准确性提供对比。依据建立起的数值损伤模型以及周期性边界条件添加方法,通过有限元法对自润滑斜纹织物衬垫单胞面外受载损伤过程进行了模拟分析,得到了衬垫各组分材料在面外压缩载荷作用下的损伤状态以及损伤演化历程。通过数值模拟获得的力学响应特性与试验值进行对比,验证了其结果的准确性。本文建立的织物复合材料损伤模型以及周期性边界条件加载方法,为进一步研究织物复合材料提供了参考,为提高织物复合材料尤其是自润滑织物衬垫的力学特性提供了技术与理论支持。
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