三维四向编织复合材料的单胞应力场分布

基于三维四向编织复合材料预制件的细观结构,提出了螺旋型纤维等效模型.采用多相有限元数值法获得了三维四向编织复合材料的轴向拉伸应力应变关系,通过有限元计算得到了材料单胞模型的细观应力分布.结果表明,螺旋型纤维等效模型的数值预报结果与实验数据基本吻合,证明了该单胞模型符合三维四向编织复合材料的实际细观结构,该模型能有效地计...     

三维四向编织复合材料等效弹性性能分析

在确立三维四向编织复合材料数字化单胞力学分析模型的基础上，运用均匀化方法对三维编织复合材料的等效弹性性能进行了分析计算，并讨论了编织角和纤维体积含量对此材料等效弹性性能的影响。     

热载荷对三维编织复合材料拉伸性能的影响

针对热载荷对三维四向编织复合材料拉伸性能的影响,基于材料细观结构几何模型,推导了三维四向编织复合材料稳态热传导分析有限元方程,建立了三维四向编织复合材料热力耦合行为分析力学模型.将稳态热传导分析得到的温度场作为热力耦合分析时的热载荷,并施加相应的机械载荷,完成了热力耦合强度预报.研究结果表明螺旋型纤维等效模型的数值预报结果与实验数据基本吻合,说明该模型能有效地计算三维编织复合材料的纵向拉伸强度;边界热流对小编织角三维四向编织复合材料的纵向拉伸强度影响较大;该研究为后续的瞬态热传导分析分析奠定了基础.     

三维编织复合材料几何建模及弹性常数预测

根据三维编织复合材料的结构特点,把整体结构分为内部单胞、表面单胞和角单胞三种类型的子单胞,考虑空间纤维束的相互扭结和挤压所造成的纤维束的弯曲和截面变形,针对每种类型的子单胞,建立了相应的几何分析模型.引入体积平均法,建立了材料的弹性性能预报模型,得到了三维编织复合材料的工程弹性常数.通过数值比较可以看出,得到的数值计算...     

复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析

基于螺旋型单胞几何模型和多相有限元理论,建立了三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析模型。通过对代表体积单胞施加不同的复杂载荷比,数值预报了三维四向编织复合材料在双向拉伸和拉剪载荷作用下的破坏点,得到了材料的破坏包络线。结果表明,编织角对三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的破坏影响较大,编织角比较小时,应重视复杂载荷之比对材料破坏的不利影响。此方法为三维编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析提供了有效方法。     

三维编织复合材料工字梁的弯曲性能分析

在三维编织复合材料的实体单胞模型的基础上，考虑了编织结构和编织纱线的几何特性，采用局部／整体均匀化的方法，计算了三维编织复合材料的宏观性能，利用MARC有限元分析软件的用户接口，分析了三维编织复合材料工字梁的弯曲性能，计算结果与实验结果吻合较好。     

三维编织复合材料加筋壳体的稳定性研究

采用单胞几何模型(也称纤维几何模型)计算了编织复合材料的力学参数,并把其作为输入数据用来建立结构的有限元模型,进一步研究四向三维编织复合材料加筋壳体的稳定性问题,分析了结构编织参数对加筋壳体稳定性的影响．结果表明,合理选择结构的编织参数可以有效改善三维编织壳体的稳定性.     

三维五向编织复合材料的细观结构分析

针对三维五向编织复合材料的优异性能与其细观结构的密切关系，在分析三维五向编织物纱线的运动规律的基础上，建立了三维五向编织结构的单胞模型，并推导了有关参数之间的数学关系，计算了纤维体积含量、实验数据和理论预测吻合较好。     

基于单胞数字化模型的三维编织复合材料本构关系数值模拟

在渐近均匀化理论基础上，确立了基于单胞数字化模型的复合材料宏观等效弹性性能的三维数值分析方法（DCB—FEA）．该方法采用三维光栅化技术将三维单胞模型转化为三维光栅图形（数字化模型），并将光栅图形直接转化为三维有限元求解网格，产生的离散单元具有相同的几何尺寸和规则的形状，单元刚度矩阵的数量将减少为单胞材料的个数．此外，单胞数字化模型仅需记录每个离散单元的材料种类，其他参数如单元节点编号、节点坐标等均可在求解过程中自动生成，周期性边界条件也可以自动施加．随着分辨率的提高，单胞数字化模型将产生更多数量的单元，特别是对于三维单胞模型，集成整体刚度矩阵时需要大量的计算机内存．采用基于Element-by-element策略的预处理共轭梯度法（EBE—PCG），有限元方程的求解在单元级上进行，避免了整体刚度矩阵的集成．通过对三维编织复合材料的线弹性本构关系的数值模拟，表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量。     

三维四向编织复合材料弯曲性能的预测

基于经典层合板理论和叠层板模型，提出了一种预测三维四向编织复合材料弯曲性能的方法。在叠层板模型中，代表性体积单元的厚度为编织复合材料的整体厚度，宽度为一个编织花节宽度，长度为一个编织花节长度，并简化为具有不同材料主方向的单向层板的叠合结构。不同层板问的交叉重叠按各层板性能的体积平均进行简化，同时假设代表性体积单元具有均匀的中面应变和曲率。此外，模型中考虑了编织纱线的排列方式以及表面纱线的影响。理论分析结果与实验值吻合较好。     

含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的细观力学分析

将三维编织复合材料的纤维束和微裂纹分别看作圆柱型和圆币型夹杂,考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维束的空间取向,采用等效夹杂法对含微裂纹的三维多向编织复合材料的热膨胀系数进行了细观力学分析,提出了预报含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的方法,由于直接考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维的空间取向,这种方法既可应用于一般含微裂纹的三维编织复合材料,也可应用于单向纤维增强复合材料.结合实例分别预报了单向纤维增强复合材料和四向编织复合材料的热膨胀系数,与实验结果吻合较好.     

含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数细观力学分析

将三维编程复合材料的纤维束和微裂纹分别看作圆柱型和圆币型夹杂,考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维束的空间取向,采用等效夹杂法对含微裂纹的三维多向编织复合材料的热膨胀胀系数进行了细观力学分析,提出了预报含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的方法,由于直接考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维的空间取向,这种方法既可应用于一般含微裂纹的三维编程复合材料,也可应用于单向纤维增强复合材料,结合实例分别预报了单向增强复合材料和四向编程复合材料的热膨胀系数,与实验结果吻合较好。     

三维编织复合材料力学性能研究进展

综述了近年来国内外对三维编织复合材料力学性能的研究进展,主要包括实验研究、理论研究和数值仿真研究.在理论研究方面介绍了"米"字枝状模型、纤维倾斜模型、三细胞模型、螺旋线模型以及基于细观结构几何模型的刚度和强度性能研究.在数值仿真研究方面介绍了研究人员根据三维编织复合材料的成型技术、编织程序和纤维在编织过程中的走向等建立...     

含缺陷三维编织复合材料有效性能研究

本文研究了含缺陷情况下的一种三维编织材料的有效力学性能.本文构建了该三维编织复合材料的单胞模型,并采用基于非均匀单元的有限元方法计算了该材料单胞的应力分布.得出了该材料的模量和泊松比等有效力学性能参数,并与用相同方法得出的不含缺陷情况对应的结果进行了比较.研究表明,本文采用的方法对于具有复杂材料分布特征且含有缺陷的三维编织复合材料的力学性能分析非常有效.数值计算结果说明,三维编织材料中的缺陷使得材料整体的力学属性有一定的降低,但是缺陷对各有效力学属性分量的影响程度不同.     

Tensile Properties of 3-Dimension-4-directional Braided C_f/Si C Composite based on Double-scale Model

The longitude tensile properties of 3-Dimension-4-directional(3D-4d) braided C/Si C composites(CMCs) were investigated with the help of a double scale model. This model involves micro-scale and unit-cell scale. In micro-scale, the tensile properties of fiber tows which involves matrix cracking, interfacial debonding, and fiber failure are studied. The unit-cell scale model can reflect the braided structure and simulate the tensile properties of 3D-4d CMCs by introducing the tensile properties of fiber tows into it. Quasi-static tensile tests of 3D-4d braided CMCs were performed on a PWS-100 test system. The predicted tensile stressstrain curve by the double scale model is in good agreement with that of the experimental results.     

Tensile properties of 3-Dimension-4-directional braided C<Subscript>f</Subscript>/SiC composite based on double-scale model

The longitude tensile properties of 3-Dimension-4-directional(3D-4d) braided C/SiC composites(CMCs) were investigated with the help of a double scale model. This model involves micro-scale and unit-cell scale. In micro-scale, the tensile properties of fiber tows which involves matrix cracking, interfacial debonding, and fiber failure are studied. The unit-cell scale model can reflect the braided structure and simulate the tensile properties of 3D-4d CMCs by introducing the tensile properties of fiber tows into it. Quasi-static tensile tests of 3D-4d braided CMCs were performed on a PWS-100 test system. The predicted tensile stress-strain curve by the double scale model is in good agreement with that of the experimental results.     

三维四向编织结构复合材料剪切模量的研究

根据反对称四点弯曲原理,自制了一套用于测试编织复合材料剪切模量的夹具,并通过实验得到了三维四向碳／环氧编织复合材料剪切模量．将实验结果与理论计算进行了对比,两者吻合较好．     

Fracture mechanism of 3D, five-directional braided (SiO2) f /SiO2 composites prepared by silicasol-infiltration-sintering method

Three-dimensional (3D) five-directional braided (SiO₂) _f /SiO₂ composites were prepared by silicasol-infiltration-sintering (SIS) method. The flexural properties and microstructures were studied. The flexural strength and flexural elastic modulus were found to be 73 MPa and 12 GPa, respectively. The results of stress vs deflection curve and SEM examinations revealed that the fracture mechanism of 3D, five-directional braided (SiO₂) _f /SiO₂ composite was a mixture mode of ductile and brittle. The ductile mode was attributed to the weak bonding strength of fiber/matrix at low temperature. The brittle fracture might be caused by the propagation of micro defect or crack, which existed in the as-prepared composites for the ten-cycle process.     

圆型编织复合材料结构及弹性性能分析

基于三维圆型编织携纱器的运动规律,研究了空间纱线交织结构,获得了预成型件结构的单胞模型,推导了内部单胞和表面单胞的几何特性、编织工艺参数间的数学关系.采用刚度平均化方法,计算了三维圆型编织复合材料的弹性性能参数.研究结果表明:编织角和纤维体积分数对弹性模量都有明显影响.