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树脂基纤维增强复合材料湿、热行为的细观力学模型

李力

  纤维增强树脂基复合材料在温度和湿度改变的环境下会因胀缩而产生失配变形和失配应力,影响结构的变形和材料的损伤。反过来,材料中的损伤也会影响到材料在湿、热环境中的变形量。本文从细观力学的角度,研究了树脂基纤维增强复合材料在湿、热环境下的行为,研究分为三个部分: 1)建立了单向复合材料热膨胀的细观力学理论和有限元模型,模型考虑了随机分布的基体微裂纹和纤维/基体界面开裂对复合材料热胀系数的影响。用上述模型研究了玻纤/树脂体系单向复合材料升降温过程中的热膨胀系数随纤维体积含量、损伤密度的变化规律。研究发现:复合材料膨胀和收缩时不同取向的微裂纹的张开、闭合的状态不同,会造成热胀系数在升、降温过程中的不一致性。 2)针对三种(玻纤/环氧单向、正交和非对称铺层层合板)复合材料试件,分别设计了吸湿试验和自由振动试验,测得其吸湿动力曲线,并通过吸湿前后的各阶固有频率的变化得到了吸湿对于复合材料弹性模量的影响。 3)数值模拟了湿气在复合材料单胞模型中的扩散过程,得到了不同纤维体积含量的单胞模型中水分浓度场的变化过程,在此基础上建立了复合材料吸湿率和时间的关系模型,模型结果和实验吻合较好。另外,在热膨胀理论的基础上建立了湿膨胀的理论模型,能够更为准确地预测纵向以及横向湿膨胀系数。……   
[关键词]:复合材料;热膨胀;吸湿;有限元;微裂纹
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南京航空航天大学2012年