一、三维编织复合材料力学性能的CAE技术基础（论文文献综述）
秦愈[1]（2021）在《三向织物计算机辅助设计及拉伸性能研究》文中研究指明随着科学技术与人们的生活联系日益紧密,通过软件程序进行织物结构设计的便捷性与快捷性越来越受到人们的关注。三向织物具有结构稳定性好,拉伸、撕裂等力学性能较好等优势,被广泛应用于纺织材料中。本文通过对三向织物的结构进行研究,采用代码程序对织物进行平面设计,为织物建模奠定结构基础。拉伸性能是织物最基本的力学性能,文章利用有限元模拟技术研究了三向织物的拉伸性能。同时,文章分别对比了不同织物、不同组织结构和不同纱线线密度的织物模型拉伸性能。利用有限元模型分析方法可以减少实际试织、制样、测试等流程,有效地对织物的拉伸性能进行模拟分析。首先,文章对三向织物的结构进行了研究,采用扁平织带进行不同组织、不同宽度的实物编织,探究织物组织中特征点的位置关系,并根据机织物覆盖系数的原理推出三向织物覆盖系数计算公式。其次,文章利用Python语言进行三向织物的组织结构软件设计,分别计算织物中经纱和纬纱的循环方式以及覆盖系数。并利用Python和Py Qt5相结合,进行软件程序界面的设计和软件代码的设计,软件程序可以设计出不同纱线宽度、不同经纱组数、不同经纱颜色的织物组织图。同时利用代码进行纱线位置的排列可以减少人为手工编织的不准确性。最后,在软件程序的基础上根据输出的位置坐标结果以及实际观察的纱线位置截面关系,来计算织物中纱线的弯曲路径,利用建模软件建立织物模型,为有限元织物模拟奠定三维物理模型基础。在ABAQUS有限元软件中进行织物单胞模型的细观拉伸分析和织物整体模型的宏观拉伸分析,对比两种织物模型的经向拉伸和纬向拉伸中应力分布情况,并对比两种模型结构的应力-应变曲线;在有限元单胞模型的基础上,对比了平纹组织和三向组织的拉伸性能。结果发现:细观模型可以准确反映出织物在拉伸过程中的应力分布情况,网格划分越细致,越与实际结果相符合;对比同纱线密度、不同组织结构对织物的拉伸性能存在一定影响,三向织物的拉伸性能模拟结果好于平纹织物;对比相同组织、不同纱线线密度的三向织物结构发现,在三向织物中,纱线线密度越大,织物的拉伸性能越好;对比同种纱线线密度、不同三向织物组织结构发现,经纱根数的增加会对织物拉伸力学性能产生影响,根数增加,织物的空隙减少,织物的拉伸性能越好。
苏瑞[2]（2021）在《芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料界面与力学性能研究》文中认为利用高性能纤维织物制造质轻高强的复合材料是工业发展趋势。纬平针织物以特殊的线圈结构使其复合材料具有良好的抗冲击性能。芳纶纤维因优异的力学性能广泛应用于航空航天、汽车、防护材料中,超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）作为高性能纤维中相对密度最小、比强度和比模量最高的纤维,对这些材料轻量化发展具有重要意义。复合材料界面性能对其力学性能发挥重要的作用,纤维与树脂间的界面是影响其机械性能的重要因素之一。本课题旨在藉由纤维表面改性的方法来增加纤维与树脂间的界面性能,以达到提高复合材料综合性能的目的。在不影响高性能纤维自身机械性能的情况下开发出更好力学性能的混杂复合材料。对于纤维表面改性,采用一种溶胶-凝胶法制备涂层溶胶对芳纶纤维和UHMWPE纤维及其纬平针织物进行涂层改性。用扫描电镜分析了其形貌变化,同时进行FTIR和XPS分析以确定涂层物质。并通过纤维表面摩擦系数试验、接触角分析和界面剪切强度测试,证明了该溶胶-凝胶处理是提高纤维与树脂间界面性能的一种有效方法,同时对纤维自身拉伸性能没有影响。其中芳纶纤维界面剪切强度提高38.26%,UHMWPE纤维界面剪切强度提高50.97%。根据混杂比设计了十种不同混杂结构的芳纶-UHMWPE纬平针织物复合材料,探究不同混杂结构复合材料力学性能。结果表明:层间结构的拉伸强度随UHMWPE织物层增大而增大,在相同混杂比的情况下,UHMWPE层夹芯芳纶层时复合材料的拉伸性能较好;当K:U=1:3时,以芳纶织物为冲击面时,混杂复合材料的抗冲击性能最佳。当K:U=3:1时,以UHMWPE织物为冲击面时,混杂复合材料的抗冲击性能最佳。所有混杂方式表现为正的混杂效应,应根据其实际使用选择不同混杂比和铺层方式的混杂复合材料。最后,本课题采用三维建模软件Rhinoceros建立纬平针织物实物模型,使用ABACUS有限元进行仿真模拟,从理论上分析了纬平针复合材料抗冲击性能的影响。将模拟值与实验值进行比较,结果与实验所得载荷-时间曲线能较好吻合。
孙小军[3]（2021）在《三维五向碳/芳纶混杂编织复合材料剪切性能研究》文中研究指明混杂编织复合材料能够兼顾多种组分材料的性能,不仅可以提高单一纤维増强复合材料的力学性能和损伤容限,而且能够实现资源的优化配置。本文利用三维五向编织结构特点,选用芳纶纤维和碳纤维两种高性能材料作为增强体原料,制备出具有不同混杂结构的三维五向编织复合材料,分析其在横向和纵向加载下的剪切性能。首先,本文采用四步法编织工艺和RTM（Resins Transfer Molding,RTM）复合成型工艺制备了纯碳编织和混杂编织结构复合材料试件,通过短梁剪切测试研究其在横向加载和纵向加载下的力学性能,研究结果表明:试样损伤模式为基体开裂、纤维基体界面脱粘与分层、纤维束断裂、纤维束间开裂,并且纤维束断裂、纤维束间开裂是导致材料横向加载失效的主要原因,而基体断裂是导致材料纵向加载失效的主要原因。横向加载下,纯碳编织（Ca Cb试样）呈脆性失效特性,碳纤维与芳纶纤维混杂编织试样呈韧性失效特性,并且当混杂方式为芳纶作轴纱,碳纤作编织纱时（Ka Cb试样）剪切韧性最好;纵向加载下,当碳纤作轴纱,芳纶作编织纱时（Ca Kb试样）剪切韧性最好。其次,本文根据三维五向编织复合材料试样真实的编织结构和几何特征建立全尺寸细观结构有限元模型,有限元结果与实验结果有良好的一致性。研究发现:在横向加载下,纯碳编织试样与混杂编织试样在初始加载阶段应力传播形式一致,在塑性阶段和破坏阶段应力分布和损伤差异显着。Ca Cb基体首先发生剪切损伤,初始损伤迅速扩展使编织纱线和轴向纱产生剪切断裂。Ca Kb编织纱碳纤在破坏阶段会形成剪切缺口,加速破坏进程。Ka Cb轴向纱线芳纶弯曲变形作用使得应力纵向传播受阻,损伤区域增大,减缓损伤扩展速度。纵向加载下,试样横向应力传播减弱,轴向纱线向加载两侧滑移,编织纱和基体是主要的承载部位。Ca Cb与Ca Kb基体产生剪切损伤,编织纱线碳纤在剪切作用下断裂失效。Ca Kb试样编织纱芳纶弯曲变形减缓了加载区域的应力局部化。最后,为进一步分析编织结构的混杂效应,提取试样在失效时刻移除单元量和损伤能量-位移曲线,并选取特征位置节点和特殊时刻的应力变化和损伤演化经行分析,研究发现:纯碳编织试样和混杂编织试样增强体中上部和底部编织纱最先有较大剪切应力,Ca Cb试样编织纱和轴向纱发生突发性剪切断裂、而混杂编织试样表现出渐进损伤的发生。当芳纶作轴向纱和作编织纱时,轴向纱和编织纱的失效单元量都大幅度减少,并且相应的碳纤维编织纱和碳纤维轴向纱的失效移除单元量也会相应减少,混杂编织结构表现出更好的结构协同效应。
胡美琪[4]（2020）在《三维编织复合材料梁多次横向冲击损伤分布的结构效应和温度效应》文中研究表明三维编织复合材料是通过纤维束编织和基体成型制备得到的复合材料,能以―近净成型‖的方式实现材料结构一体化制造复杂外形结构件,减少装配连接数量。由于该类材料具有高比强度、高比刚度和高损伤容限等特点,在对结构件重量和冲击强度要求较高的高低温应用场合,三维编织复合材料有比金属材料明显的性能优势和重量优势,在高强度和轻量化零部件设计中有极大应用潜力。本文采用实验测试、计算机断层扫描技术和有限元分析方法,研究不同编织结构参数的三维碳纤维增强环氧树脂编织复合材料梁在不同温度和冲击速度下的横向冲击损伤性质,揭示多次冲击加载下的热力耦合损伤机理。主要研究内容是:（1）构建复合材料热力耦合冲击动力学框架,用于三维编织复合材料等纤维增强聚合物复合材料冲击损伤性能研究。定义组分材料的刚度矩阵、界面损伤粘结模型、热力耦合本构方程,引入材料延性破坏和剪切破坏准则,建立复合材料弹塑性损伤本构关系。（2）采用带有自主设计加热装置和高速摄影机的改进型分离式霍普金森压杆（SHPB）测试多个应力波周期内的横向冲击行为,记录冲击变形的发展过程。选用环境温度:室温（25℃）、90℃、150℃、210℃;编织结构:编织角20°、30°（有无轴纱）、40°;冲击气压:0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa。测试环氧树脂浇注体动态热机械性质、不同温度下傅里叶变换红外光谱和高应变率冲击压缩性质,揭示不同温度下环氧树脂力学性能改变对复合材料高速冲击力学响应的影响,发现温度、加载速度和编织结构对多次冲击损伤的影响规律。（3）建立全尺寸细观结构模型和单胞/细观结构混杂结构模型,用有限元方法分析横向冲击载荷下三维多向编织复合材料中应力分布和加载速率的结构效应以及温度效应,研究细观结构、加载速率、环境温度对三维多向编织复合材料在多次横向冲击加载过程中局部冲击损伤生成、扩展过程的影响,揭示热力耦合损伤和能量吸收破坏机理。（4）结合X射线计算机断层扫描技术和有限元分析结果,分析三维编织复合材料梁冲击加载后的内部损伤空间分布,探究损伤分布特征与复合材料细观结构和冲击加载条件的关系,比较不同温度和冲击速度下三维多向编织复合材料的失效行为和损伤模式,揭示温度、加载速率和细观结构特征对多次冲击损伤的影响规律。研究发现:（1）根据不同编织角的三维编织复合材料梁在不同冲击能量下多次横向冲击损伤行为得知,冲击载荷峰值随着冲击循环次数的增加而逐渐减小。编织角较大的试样具有较高的抗横向冲击断裂能力。冲击应力波沿编织纱线路径方向传播,正面冲击处和背面冲击处应力水平较高。编织角较小的复合材料具有较高的面内和横向冲击刚度,而编织角较大的复合材料具有较高的抗横向冲击断裂能力和冲击刚度。（2）比较不同编织角的三维编织复合材料梁在室温和高温下的横向冲击变形和损伤,发现失效载荷、初始模量和能量吸收随温度的升高而减小,而变形随温度的升高而略有增加。当环境温度低于环氧树脂的玻璃化转变温度（Tg）时,冲击脆性损伤发生较早,局部绝热温升跨度较大。高于Tg时,冲击韧性损伤发生较晚,局部绝热温升跨度较小。应力沿着编织纱分布导致裂纹沿纱线方向扩展。部分冲击能量吸收转化为热能。另外,编织角越大的复合材料梁具有较高的损伤容限和抗裂纹扩展能力。（3）用计算机断层扫描技术和有限元方法表征三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料在多次冲击加载下的内部损伤分布与环境温度、细观结构间的关系,发现随着温度增加树脂由脆性失效变为韧性失效,界面粘结强度降低,失效模式变为纤维/树脂界面开裂和树脂脱黏。编织角增加,失效模式由界面开裂转变为树脂脱黏开裂和界面开裂同时发生,抗冲击容限提高,吸收能量增加导致局部温升提高。冲击次数增加,冲击损伤的积累导致增强体变形、界面开裂和树脂脱黏有明显的累加效应。（4）根据三维编织复合材料在多次横向冲击损伤过程中的热力耦合损伤响应,发现绝热温升和界面损伤主要发生在开裂处和冲击表面,并产生剧烈局部塑性变形。因此产生的热能使局部区域温度升高,进一步导致基体热膨胀,使基体和增强体相互挤压,产生内应力和局部变形等绝热剪切破坏。高应力集中和界面脱粘加速局部区域的损伤发展,由此产生的塑性变形能转化为热能更加提高局部温升,最终形成热应力耦合闭环。本文建立完整的复合材料热力耦合冲击加载破坏研究方法,可扩展到其他纤维增强聚合物复合材料冲击加载破坏性能研究,并可扩展至不同温度环境中纺织复合材料工程结构的抗冲击损伤设计。
朱黎明[5]（2020）在《玄武岩纤维/环氧树脂三维机织管状复合材料的力学性能》文中研究指明管状复合材料作为工程结构件的一支,由于质轻、高强、高模、高能量吸收等特点广泛应用于航空航天、车辆交通、管道运输等领域。传统层合管状复合材料往往使用合成纤维制造复合材料,材料不但受力后易发生分层破坏,而且材料废弃后对坏境造成污染。因此,开发三维管状复合材料,提升材料的力学性能和环保性能研究势在必行。基于节能环保的理念,对织物组织结构设计进行合理设计。本课题以绿色高性能玄武岩纤维长丝束为原料,利用“压扁-还原”法,在普通织机上,经合理设计,低成本织造任意所需长度的、不同层数厚度和内径结构的三维机织管状织物。此三维机织管状织物不仅具有绿色环境友好特点,还具有良好的结构整体性和稳定性。其后,以织造的三维机织管状织物为增强体,乙烯基环氧树脂为基体,利用真空辅助树脂传递工艺（Vacuum-assisted resin-transfer process）,成功制备了相应层数厚度和内径结构的三维机织管状复合材料。最后,根据国家标准,对制备的三维机织管状复合材料进行轴向压缩力学实验。并且结合有限元模拟分析的方法,对材料的破坏模式和机理进行分析。三维机织管状复合材料轴向压缩实验表明,三维机织管状复合材料的管壁厚度和内径均对复合材料的轴向压缩载荷和能量吸收能力有显着影响。4层厚度48毫米内径的三维机织管状复合材料表现出最大的轴向压缩载荷为23850.18N和最大的能量吸收值为53.98J。在相同层数厚度条件下,随着管内径的增加,三维机织管状复合材料承受的峰值载荷和能量吸收增大;在相同内径条件下,随着管壁层数厚度的增加,复合材料承受的峰值载荷和能量吸收也呈现增大特点;并且在轴向压缩过程中,三维机织管状复合材料展现了良好的抗分层性。通过结构对比分析,揭示了结构影响性能的原因和材料的破坏机理。最后,使用细观有限元分析对三维机织管状复合材料轴向压缩实验进行模拟分析。基于48毫米内径的2层管壁厚的管状复合材料建立模型,对三维机织管状复合材料的力学性能、破坏模式进行研究。结果表明,有限元模拟结果与实验结果具有较好的一致性,并且有限元模拟的材料破坏历程和关键失效状态与实验曲线的各阶段相吻合。表明所建立的三维机织管状复合材料的细观有限元模型的准确性。有限元模拟结果展示材料在受力过程中的损伤起始、应力演变以及最终复合材料失效状态,揭示复合材料的局部应力集中情况以及破坏机理,为三维机织管状复合材料的结构设计提供理论指导。
付佳豪[6]（2020）在《三维机织热防护材料的细观结构优化与有限元模拟》文中指出三维机织热防护材料（Woven Thermal Protection System,WTPS）是一种具有双层密度机织的三维机织复合材料,其具有高比模量、高的比强度、剪切强度、抗冲击损伤、损伤容限、可设计性、耐烧蚀和耐高温等优点。三维机织复合材料相比于二维编织层合结构具有良好的整体性能。可以在厚度方向布置连接纤维束,用于加强各层之间的编织,使得材料具有更高的剪切强度。其良好的性能使得三维机织复合材料能够满足航空航天器、军工产品、建筑材料和人造生物材料等领域的要求。本文采用实验表征、理论分析和数值模拟相结合的方法对三维机织热防护材料的压缩性能进行研究;通过编程实现了WTPS热防护材料纤维骨架结构的参数化,经过有限元模拟,研究了WTPS热防护材料纤维骨架结构参数对其各方向上模量的影响。根据飞行器再入过程的实际工况力学需要,对WTPS热防护材料进行细观结构设计,突破了WTPS热防护材料的细观结构连续调控关键技术,为三维编织材料的细观结构设计提供一套有效可行的设计方案。首先,设计WTPS热防护材料的压缩试验,获得了三维机织热防护材料的力学性能相关数据。采用混合率的方法对WTPS热防护材料内部的纤维束进行理论分析,获得了纤维束的弹性性能参数矩阵;再用体积平均化方法对WTPS热防护材料整体织构进行计算,获得了WTPS热防护材料与实际相符合的力学性能参数。其次,进行模拟分析,采用有限元方法,利用python语言分别编码WTPS纤维束架构的三维机织形式和预留截面的基体,并设置基体与纤维束之间的绑接,建立不同织构的几何模型单胞并设置单胞模型的周期性边界条件。导入abaqus进行WTPS力学性能的计算,施加周期性边界条件在不同载荷条件下的力学性能。运用均匀化原理计算材料的弹性性能,获得了上层单胞,下层单胞和整体单胞的弹性常数。通过与实验和理论结果的误差分析,验证了有限元模型的精确性。最后,修改三维机织热防护材料单胞模型的inp文件,对模型参数化设计,利用isight集成abaqus对参数化模型目标优化,设置变量研究参数变化对材料整体力学性能的影响。其中,参数变量包括纤维束的刚度、经向纤维束排列密度、纬向纤维束排列密度和编织深度。以压缩模量和剪切模量为目标,对三维机织热防护材料的细观结构参数进行优化,结合实际工况得到了最佳织构形式,为材料的制备提供参考。
何田田[7]（2020）在《三维正交机织物微观结构数值建模及其拉伸力学性能分析》文中认为三维机织复合材料因其高比刚度、高比强度、抗冲击和耐疲劳等诸多优异力学性能,在航空航天、军事、生物等诸多领域得到广泛的应用。三维机织物作为复合材料增强体,其基本力学性能直接影响了复合材料的力学性质。目前,国内外对三维机织物力学性能的研究从传统高成本实验测试和低效率数学建模理论分析逐步转为以低成本可控性高的数字模拟为主的方法。本文以三维正交机织物作为研究对象,在时域中对其织造过程进行模拟,在近似纤维尺度建立其微观几何结构模型,并在此基础上应用ABAQUS对其拉伸性能进行分析。此方法不仅降低了实验成本,还提高了可研究范围。本课题主要研究内容和研究结果如下:（1）以数字单元法为理论基础,通过分析该方法在织物织造行为模拟中的作用机理,提出了一种计算纤维间摩擦力的方法。通过纱线纤维化离散,用数值模拟和仿真方法模拟三维正交织物成型过程,建立了5个精度递进的微观几何结构数值模型。5个模型中的每根纱线分别由4、7、12、19和37根数字纤维表征。通过实验对比,得出当每根纱线由19根数字纤维组成时,所建织物的微观几何结构数值模型与真实织物样本在显微镜下的内部切片图像最为吻合。（2）在第二章的研究基础上,采用数字单元法建立了由三层经纱、四层纬纱组成的三维正交机织物等比例模型和单胞模型,然后导入ABAQUS/CAE前处理建立两种模型的有限元模型。分别分析了两种模型拉伸过程和结果,并与文献中的拉伸实验结果对比得出:单胞模型和织物等比例模型都可使用ABAQUS进行拉伸性能分析,其中等比例模型能够从宏观角度更全面分析三维正交机织物拉伸变形情况,而单胞模型能够从细观角度反应织物拉伸变形情况,并且计算时间较快。（3）在第三章的基础上,采用有限元分析法研究了织物参数对其拉伸力学性能的影响。结果表明:纱线纤维密度、纱线模量和摩擦系数增加,有限元分析应力-应变曲线峰值也增加;当泊松比从0.1增加至0.25时,应力-应变曲线斜率无明显变化,曲线峰值无差异。
刘胜凯[8]（2020）在《三维编织复合材料高速冲击压缩响应的热氧老化效应和结构效应热力耦合分析》文中认为碳纤维增强复合材料,尤其是三维编织结构碳纤维增强复合材料,拥有优良的结构可设计性、整体稳定性、抗分层、抗剪切性能等特点,在航空航天等工程领域具有极大应用空间。在航空航天领域应用过程中大气环境的老化及高速冲击问题是复合材料设计中需要着重考虑的问题,揭示三维编织复合材料热氧老化效应及结构效应对高速冲击压缩响应及损伤失效机理影响对三维编织复合材料的性能设计和应用前景具有重要意义。本文旨在通过实验表征、理论研究以及有限元仿真,研究拥有不同编织结构的碳纤维增强环氧树脂三维编织复合材料热氧老化前后高速冲击性能、温度及热应力变化规律,揭示不同编织结构不同热氧老化条件下编织复合材料损伤破坏机理,为编织复合材料在大气环境中长期服役提供依据。论文主要工作为:（1）三维编织复合材料及环氧树脂基体热氧老化处理,并通过实验表征老化前后复合材料和环氧树脂性能变化。根据复合材料动态热机械性能测试结果选定三档热氧老化温度:110℃,130℃和150℃,老化时间选定为2、4、8、16天,通过恒温老化箱对复合材料及环氧树脂进行恒温老化;在霍普金森杆（SHPB）系统上测试热氧老化前后复合材料及环氧树脂高速冲击压缩性能并采用高速摄影系统记录损伤失效过程;利用电子扫描显微镜观察复合材料老化前后界面变化;采用全反射傅里叶红外光谱分析环氧树脂老化前后发生化学变化,通过以上实验表征揭示复合材料损伤破坏机理。（2）编织复合材料瞬态热弹响应平面应变分析。基于广义热弹理论,采用非傅里叶热传导模型和分数阶导数模型,研究温度场变化时,不同编织结构编织复合材料内部热应力、应变场及温度场响应,揭示编织结构对复合材料内部热应力影响。（3）通过有限元仿真计算不同老化条件下不同编织结构复合材料高速冲击压缩响应。基于编织复合材料编织纱线真实空间构型,构建细观有限元模型,基于连续介质损伤力学,构建连续介质有限元模型,从编织复合材料冲击过程中应力、损伤失效、能量吸收、温度、热应力及界面损伤方面揭示编织结构及热氧老化对编织复合材料高速冲击性能耦合影响。研究发现:（1）编织结构对编织复合材料冲击压缩响应有显着影响。高速冲击过程中,小编织角复合材料呈现明显剪切损伤,随着编织角增大,复合材料冲击应力增大,抗冲击性能也逐渐增强,当编织角为42°时,复合材料没有出现明显冲击损伤。随着编织角增大,复合材料在冲击过程中塑性变形和温升也逐渐增大,相应地,热应力也越来越大。通过理论计算发现,当温度场发生变化时,冲击方向上42°编织角复合材料的热应力为19°编织角复合材料的至少5倍。热应力对编织复合材料损伤起始、界面损伤都有很大影响,尽管19°编织角复合材料在冲击过程中温升不明显,热应力较小,但是通过构建的的考虑温度效应（WT）和不考虑温度效应（NT）两种材料模型对比发现,考虑热应力的模型损伤起始要更早,界面损伤也更严重,因此热应力对复合材料损伤起着至关重要影响。（2）编织复合材料损伤失效是树脂失效和界面失效共同作用结果,热氧老化后编织复合材料损伤失效机理会发生改变。热氧老化后复合材料和环氧树脂冲击性能出现显着下降并且随着老化温度和老化时间增加,冲击应力逐渐下降。未老化树脂和110℃老化树脂冲击呈现脆性断裂,随着老化温度增加,老化后树脂的脆性降低,韧性增强,130℃和150℃温度下老化的环氧树脂冲击过程中没有出现明显开裂。老化后复合材料的界面性能也出现了下降,随着老化温度升高,界面性能逐渐减弱。老化时间为16天,老化温度为110℃时界面损伤不明显,而对于130℃和150℃老化的复合材料可以明显观察出界面开裂。此外,由于树脂老化后性能降低,老化后复合材料塑性变形和温升都出现了明显下降,从而热应力也会降低。对于未老化复合材料和老化温度较低（110℃）的复合材料,树脂的损伤对纤维束吸能及复合材料损伤起主导作用,而对于在较高温度（130℃和150℃）老化的编织复合材料,由于纤维与树脂间界面出现严重损伤,界面性能对纤维束吸能及复合材料损伤失效起主导作用。（3）随着编织角增大,热氧老化对复合材料性能影响会逐渐降低。对于编织复合材料,热氧老化后复合材料冲击过程中应力、温升、热应变和热应力都会降低,而这些变量会随着编织角增大而增大。增大编织角可有效降低热氧老化的负面影响。当编织角为42°时,老化前后复合材料的应力应变及损伤状态没有明显区别,老化对其冲击性能及损伤失效几乎没有影响,但是老化后其冲击过程中温升、热应变及热应力出现了显着下降。本文以三维编织复合材料高速冲击性能为参考,利用理论分析和有限元仿真的方法深入分析结构效应和热氧老化效应对材料编织复合材料性能影响,并与实验结果验证,揭示编织复合材料高速冲击损伤破坏机理及影响因素,为编织复合材料在热氧环境中长期应用服役、结构设计及工程制造提供理论依据。
王瑶[9]（2020）在《基于有限元方法研究复合材料的热学和力学性能》文中研究表明复合材料的力学和热学性质对于材料的应用具有重要的影响。本论文使用有限元方法建立了金刚石/铜、短切碳纤维/环氧树脂、碳纤维布/环氧树脂三种复合材料,探究了体系因素对复合材热学和力学性能的影响。利用双粒径金刚石混合增强铜基体的研究了界面修饰,粒径比（r）,金刚石体积分数（ψ）对金刚石/铜复合材料的热传导性能的影响。观察了复合材料的导热系数、热膨胀系数和杨氏模量的变化规律。为了降低碳纤维/环氧树脂基体复合材料的生产和应用成本,采用模拟仿真技术研究了短切碳纤维与环氧树脂的复合体系。通过控制短切碳纤维的取向分布状态,我们仿真了碳纤维在环氧树脂基体中的平铺结构和交错结构两种状态,研究了复合材料的力学和热学性能。研究发现,具有碳纤维平铺结构的复合材料呈现各向异性的特点,具有交错结构的复合材料在面内具有各向同性的特点。碳纤维布/环氧树脂复合材料体系中,我们研究了纱线宽度、孔隙率对复合材料的导热系数、杨氏模量、热膨胀系数、剪切模量和泊松比的影响规律。我们的有限元研究可以供实验研究参考设计制作新型复合材料。
王创[10]（2020）在《热塑性PMC层合结构的翘曲行为预测》文中指出PMC（Polymer Matrix Composites）为聚合物基复合材料,热塑性PMC是以热塑性树脂基体和纤维增强相复合而成的材料,即纤维增强热塑性复合材料。纤维增强热塑性复合材料是一种新型复合材料,其具有比强度高、比刚度高、抗冲击损伤性能好、损伤扩展慢等优点,因而广泛应用于军工、航空航天等领域。目前,为了追求多力学性能,将多种不同性质的树脂基体和纤维增强体相结合以获得层合结构的复合材料已经成为新的研究热点。通过阅读大量国内外文献,发现研究者们对于纤维增强热塑性复合材料的注塑成型方法很少研究,对于其层合结构的成型方法研究更是少之又少,因此本文将基于有限元软件Moldflow对热塑性PMC层合结构的注塑成型过程进行模拟仿真,并采用优化保压过程、优化工艺参数、顺序注射和不同成型技术的方案改善翘曲变形量,进一步研究不同优化手段对其翘曲变形的影响。为了对比不同的成型方法对热塑性PMC层合结构翘曲变形的影响,将通过Moldflow软件对二次成型和重叠注塑成型的仿真过程采用相同的网格划分、材料组合、浇口位置与数量、工艺参数和流道系统,并对比分析仿真结果,发现两次成型过程的二射填充环境不同,导致两次成型过程中熔体的流动行为不一致,并进一步改变了压力的分布和体积收缩率分布,最终使得翘曲变形产生差异;根据两次成型的翘曲变形结果得出,重叠注塑成型能够更好的保证热塑性PMC层合结构的成型质量。通过分析初始重叠注塑的结果得出,导致热塑性PMC层合结构翘曲变形的主要原因为流动前沿温差过大、保压不足和取向效应;为了进一步优化翘曲变形,将采用优化保压时间和保压压力的方案改善保压不足,从而优化由收缩不均引起的翘曲变形;采用正交试验优化一射和二射模具表面温度、熔体温度和注射时间以降低流动前沿温度差,从而改善收缩不均引起的翘曲变形;采用中心向外的顺序注塑方式改善取向引起的翘曲变形。通过分析结果得出:收缩引起的翘曲变形量由初始方案的0.72 mm降低到0.36 mm,优化了近50%,取向效应引起的翘曲变形量由0.095 mm降低到0.069 mm,优化了27%左右。热塑性PMC层合结构的计算机模拟仿真工程能够为实际加工找到节约成本、提高成型效率的加工工艺,也能够为相关领域的研究提供数值上的准备和方法上的参考。
二、三维编织复合材料力学性能的CAE技术基础（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、三维编织复合材料力学性能的CAE技术基础（论文提纲范文）
（1）三向织物计算机辅助设计及拉伸性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 计算机技术在纺织领域的应用现状 |
| 1.2.2 三向织物的发展 |
| 1.2.3 三向织物的力学性能研究现状 |
| 1.2.4 三向织物的应用 |
| 1.3 课题研究的目标及内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 第二章 三向织物的结构研究及二维计算机辅助设计 |
| 2.1 相关理论 |
| 2.1.1 Python介绍 |
| 2.1.2 Qt简介 |
| 2.1.3 PyQt5 简介 |
| 2.1.4 三向织物的组织结构 |
| 2.2 三向织物单元组织结构分析及特征点确定 |
| 2.2.1 三向织物单元结构分析 |
| 2.2.2 工艺参数测量 |
| 2.2.3 组织单元特征点选择 |
| 2.3 织物覆盖系数 |
| 2.4 三向织物组织结构设计 |
| 2.4.1 经纱循环宽度计算 |
| 2.4.2 纬纱循环宽度计算 |
| 2.4.3 织物覆盖系数的计算 |
| 2.5 织物的二维设计 |
| 2.5.1 参数界面设计 |
| 2.5.2 逻辑文件设计 |
| 2.6 二维设计图 |
| 2.6.1 不同纱线宽度的三向织物 |
| 2.6.2 不同纱线组数的三向织物 |
| 2.6.3 不同经纱颜色的三向织物 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 三向织物的三维模拟和有限元拉伸模拟 |
| 3.1 ABAQUS有限元软件 |
| 3.1.1 ABAQUS软件介绍 |
| 3.1.2 求解问题的基本步骤 |
| 3.1.3 织物拉伸性能有限元计算流程 |
| 3.2 织物单胞模型的三维模拟 |
| 3.2.1 纱线截面构建 |
| 3.2.2 纱线中心线构建 |
| 3.3 织物结构模型构建 |
| 3.3.1 三向织物单胞模型 |
| 3.3.2 三向织物等比例模型 |
| 3.4 单纱拉伸强力测试 |
| 3.5 织物力学拉伸性能环境创建 |
| 3.5.1 几何模型建立 |
| 3.5.2 材料属性定义 |
| 3.5.3 有限元求解器的选择 |
| 3.5.4 相互作用及接触摩擦定义 |
| 3.5.5 载荷及边界条件 |
| 3.5.6 网格单元的划分 |
| 3.6 织物有限元拉伸模型分析 |
| 3.6.1 织物单胞有限元模型 |
| 3.6.2 织物等比例有限元模型 |
| 3.6.3 两种有限元模型对比 |
| 3.7 模拟结果及分析 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 基于单胞模型的有限元织物拉伸对比 |
| 4.1 平纹织物与三向织物的单胞模型拉伸有限元对比 |
| 4.1.1 平纹织物与三向织物单胞模型构建 |
| 4.1.2 织物拉伸力学性能模拟 |
| 4.1.3 模拟结果 |
| 4.2 不同线密度的三向织物单胞模型拉伸有限元对比 |
| 4.2.1 织物单胞模型构建 |
| 4.2.2 织物拉伸力学性能模拟 |
| 4.2.3 模拟结果 |
| 4.3 不同组织的三向织物单胞模型拉伸有限元对比 |
| 4.3.1 织物的单胞模型构建 |
| 4.3.2 织物拉伸力学性能模拟 |
| 4.3.3 模拟结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（2）芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料界面与力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 纬编复合材料研究现状和性能研究 |
| 1.2.1 纬编复合材料研究现状 |
| 1.2.2 纬编复合材料性能研究 |
| 1.3 混杂复合材料的混杂方式和研究现状 |
| 1.3.1 混杂复合材料的混杂方式 |
| 1.3.2 混杂复合材料的研究现状 |
| 1.4 高性能纤维表面改性方法 |
| 1.4.1 混杂复合材料界面 |
| 1.4.2 纤维表面改性方法 |
| 1.5 复合材料有限元数值模拟 |
| 1.6 本课题的研究目的意义和主要研究内容 |
| 1.6.1 研究目的意义 |
| 1.6.2 主要研究内容 |
| 第二章 SiO_2@ZnO-聚合物涂层增强芳纶/UHMWPE纤维与环氧树脂界面性能 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验材料和仪器设备 |
| 2.2.2 SiO_2-聚合物复合涂层的制备 |
| 2.2.3 SiO_2@ZnO-聚合物复合涂层的制备 |
| 2.2.4 纤维处理工艺 |
| 2.2.5 表面涂层纤维的分析测试 |
| 2.3 结果与分析 |
| 2.3.1 纤维表面形貌分析 |
| 2.3.2 表面涂层纤维的化学组成 |
| 2.3.3 纤维拉伸性能 |
| 2.3.4 纤维与树脂的界面剪切强度 |
| 2.3.5 纤维表面亲水性和浸润性分析 |
| 2.3.6 纤维表面摩擦系数 |
| 2.4 本章小节 |
| 第三章 芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料制备工艺和性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 纬平针织物制造 |
| 3.2.1 纤维性能 |
| 3.2.2 织造前的准备 |
| 3.2.3 针织物的织造过程 |
| 3.2.4 纬平针织物的改性过程 |
| 3.3 混杂方案设计 |
| 3.3.1 铺层方式设计 |
| 3.3.2 混杂织物增强复合材料的制备 |
| 3.4 纬平针织物混杂复合材料拉伸性能分析 |
| 3.4.1 复合材料拉伸性能测试 |
| 3.4.2 混杂复合材料拉伸过程 |
| 3.4.3 混杂复合材料拉伸协同效应 |
| 3.4.4 混杂复合材料拉伸破坏加速效应 |
| 3.5 纬平针织物混杂复合材料冲击性能分析 |
| 3.5.1 复合材料抗冲击性能测试 |
| 3.5.2 混杂复合材料冲击性能分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 纬平针织物复合材料建模和有限元模拟分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 复合材料低速冲击损伤准则 |
| 4.3 基于RHINOCEROS参数化线圈单胞模型 |
| 4.4 ABUAQUS有限元几何模型的建立 |
| 4.5 复合材料冲击有限元分析 |
| 4.5.1 材料属性定义 |
| 4.5.2 网格划分 |
| 4.5.3 分析步的确定和相互作用的设置 |
| 4.6 有限元模拟结果分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（3）三维五向碳/芳纶混杂编织复合材料剪切性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 高性能纤维的发展现状 |
| 1.2.1 碳纤维 |
| 1.2.2 芳纶纤维 |
| 1.3 三维编织复合材料的研究现状 |
| 1.3.1 混杂编织复合材料 |
| 1.3.2 三维编织复合材料力学试验研究进展 |
| 1.3.3 三维编织复合材料力学理论研究进展 |
| 1.4 研究的目的与内容 |
| 1.5 研究的意义 |
| 第二章 三维五向混杂编织复合材料的制备与测试 |
| 2.1 三维五向混杂编织复合材料的制备 |
| 2.1.1 三维五向混杂编织复合材料原材料选择 |
| 2.1.2 四步法三维五向混杂编织预成型体制备 |
| 2.1.3 三维五向混杂编织复合材料成型工艺 |
| 2.1.4 试样规格 |
| 2.2 三维五向混杂编织复合材料短梁剪切测试 |
| 2.3 水浸超声扫描 |
| 2.4 X射线计算机显微断层扫描 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 三维编织复合材料短梁剪切性能分析 |
| 3.1 剪切性能分析 |
| 3.2 光学损伤形貌分析 |
| 3.3 水浸超声成像分析 |
| 3.4 Micro-CT断层扫描成像分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 三维五向编织复合材料全尺寸细观模型 |
| 4.1 几何模型 |
| 4.1.1 纤维束几何模型 |
| 4.1.2 预制体全尺寸细观几何模型 |
| 4.2 材料本构 |
| 4.2.1 增强体材料本构 |
| 4.2.2 基体材料本构 |
| 4.3 失效准则 |
| 4.4 短梁剪切加载全尺寸模型 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 三维五向编织复合材料有限元渐进损伤分析 |
| 5.1 有限元结果验证 |
| 5.2 失效模式分析 |
| 5.2.1 横向加载失效模式分析 |
| 5.2.2 纵向加载失效模式分析 |
| 5.3 渐进损伤分析 |
| 5.3.1 横向加载渐进损伤分析 |
| 5.3.2 纵向加载渐进损伤分析 |
| 5.4 混杂编织结构效应 |
| 5.5 特殊位置损伤分析 |
| 5.5.1 横向加载下特殊位置剪切损伤分析 |
| 5.5.2 纵向加载下特殊位置剪切损伤分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 全文结论 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（4）三维编织复合材料梁多次横向冲击损伤分布的结构效应和温度效应（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 三维编织复合材料力学性能研究进展 |
| 1.3 纺织结构复合材料热力耦合性能研究进展 |
| 1.4 无损检测技术在复合材料中的应用 |
| 1.5 研究总结 |
| 1.6 研究目的与主要内容 |
| 1.7 本研究创新性 |
| 1.8 本文章节安排 |
| 第二章 复合材料热力耦合弹塑性本构关系 |
| 2.1 组分材料刚度矩阵 |
| 2.2 组分材料的弹塑性本构方程 |
| 2.3 损伤准则 |
| 2.4 界面损伤粘结模型 |
| 2.5 热力耦合本构方程 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 三维编织复合材料几何结构模型 |
| 3.1 全尺寸细观结构横向冲击模型 |
| 3.1.1 全尺寸细观结构几何模型 |
| 3.1.2 横向冲击模型 |
| 3.2 单胞/细观结构混杂结构横向冲击模型 |
| 3.2.1 单胞/细观结构混杂结构模型 |
| 3.2.2 横向冲击模型 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 三维编织复合材料梁横向冲击性质及热力耦合模型验证分析 |
| 4.1 三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料梁制备 |
| 4.2 树脂的热力学性能 |
| 4.2.1 动态热机械分析 |
| 4.2.2 环氧树脂的傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析 |
| 4.3 试验装置 |
| 4.4 三维编织复合材料横向冲击响应及模型验证分析 |
| 4.4.1 编织角与冲击速率对编织复合材料横向冲击耦合影响 |
| 4.4.2 温度和编织角对编织复合材料横向冲击耦合影响 |
| 4.4.3 编织结构对三维编织复合材料横向冲击影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 多次冲击损伤破坏有限元分析 |
| 5.1 结构效应 |
| 5.1.1 编织角的影响 |
| 5.1.2 轴纱的影响 |
| 5.2 冲击气压影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 冲击破坏热力耦合效应有限元分析 |
| 6.1 常温下的结构效应 |
| 6.2 高温下的结构效应 |
| 6.3 温度效应 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 研究结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
| 致谢 |
（5）玄武岩纤维/环氧树脂三维机织管状复合材料的力学性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 二维层合管状复合材料发展现状 |
| 1.2.2 管状三维复合材料发展现状 |
| 1.2.2.1 管状三维编织复合材料 |
| 1.2.2.2 管状三维针织复合材料 |
| 1.2.2.3 三维机织管状复合材料 |
| 1.2.3 复合材料的成型工艺 |
| 1.2.4 有限元模拟 |
| 1.3 本课题的研究内容和创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 实施方案 |
| 1.3.3 研究特色 |
| 1.3.4 创新点 |
| 第二章 三维机织管状织物的设计与织造 |
| 2.1 材料 |
| 2.2 织造设备 |
| 2.3 三维机织管状织物的设计 |
| 2.4 三维机织管状织物的织造流程 |
| 2.5 织造工序 |
| 2.5.1 穿综方法 |
| 2.5.2 穿筘 |
| 2.5.3 总经根数的确定 |
| 2.5.4 织造方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 三维机织管状复合材料制备 |
| 3.1 原料 |
| 3.1.1 三维机织管状织物 |
| 3.1.2 树脂 |
| 3.1.3 辅助材料 |
| 3.2 设备 |
| 3.2.1 主要设备 |
| 3.2.2 模具 |
| 3.3 三维机织管状复合材料的制备 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 三维机织管状复合材料的轴向压缩性能 |
| 4.1 材料 |
| 4.2 实验设备 |
| 4.3 实验方法 |
| 4.4 实验结果与讨论 |
| 4.4.1 轴向压缩载荷-位移曲线 |
| 4.4.1.1 管内径对材料轴向压缩载荷的影响 |
| 4.4.1.2 管壁层数厚度对材料轴向压缩载荷的影响 |
| 4.4.2 轴向压缩能量吸收柱状图 |
| 4.4.2.1 管内径对材料能量吸收影响 |
| 4.4.2.2 管壁层数厚度对材料能量吸收的影响 |
| 4.5 破坏模式和机理分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 三维机织管状复合材料的有限元分析模拟 |
| 5.1 实验设备及软件 |
| 5.2 模型的建立 |
| 5.3 材料属性 |
| 5.4 装配及分析步的设置 |
| 5.5 相互作用和边界接触条件的设定 |
| 5.6 划分网格 |
| 5.7 实验和有限元模拟结果对比分析 |
| 5.7.1 轴向压缩载荷-位移曲线 |
| 5.7.2 轴向压缩能量吸收柱状图 |
| 5.8 破坏模式和机理分析 |
| 5.9 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A(攻读硕士期间所发论文目录) |
（6）三维机织热防护材料的细观结构优化与有限元模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 课题来源及研究的背景和意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国内外试验研究 |
| 1.3.2 三维机织热防护材料理论模型 |
| 1.3.3 性能影响因素及结构优化 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 WTPS热防护材料力学模型构建与实验验证 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 WTPS热防护材料平均刚度理论模型计算 |
| 2.2.1 纤维束弹性性能模型计算 |
| 2.2.2 WTPS热防护材料平均刚度模型计算 |
| 2.3 WTPS热防护材料的有限元模拟计算 |
| 2.3.1 有限元模型 |
| 2.3.2 周期性边界条件 |
| 2.3.3 控制方程 |
| 2.3.4 模拟结果 |
| 2.4 WTPS热防护材料的力学性能测试 |
| 2.5 结果分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 WTPS材料结构参数对力学性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 三维机织热防护材料模型的参数化 |
| 3.3 设计三维机织热防护材料模型的约束条件 |
| 3.4 结构参数对材料力学性能的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 WTPS材料细观结构参数优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 集成设计思路及方法 |
| 4.3 机织材料细观结构设计优化 |
| 4.4 优化结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）三维正交机织物微观结构数值建模及其拉伸力学性能分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 注释表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 三维机织物研究现状 |
| 1.2.1 三维机织物织造技术研究 |
| 1.2.2 三维机织物数值建模研究 |
| 1.3 三维机织物拉伸力学性能研究现状 |
| 1.4 课题的研究意义 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 三维正交机织物微观几何结构建模 |
| 2.1 数字单元法建模原理 |
| 2.1.1 基本要素 |
| 2.1.2 纤维间的相互作用力 |
| 2.2 建模方法 |
| 2.2.1 织物拓扑结构的建立 |
| 2.2.2 周期性边界条件定义 |
| 2.2.3 织物的迭代分析 |
| 2.2.4 织物建模过程 |
| 2.3 织造过程模拟与结果分析 |
| 2.3.1 纤维间摩擦对节点力和势能影响 |
| 2.3.2 纱线纤维化离散程度对几何结构影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于两种模型的有限元拉伸分析 |
| 3.1 基于ABAQUS的有限元分析 |
| 3.2 三维正交机织物微观数值模型 |
| 3.2.1 织物几何模型的确定 |
| 3.2.2 织物微观数值模型的建立 |
| 3.3 基于两种模型的有限元拉伸分析 |
| 3.3.1 建立有限元模型 |
| 3.3.2 纱线材料属性和失效模式 |
| 3.3.3 分析步与约束设置 |
| 3.3.4 单元网格划分 |
| 3.4 实验值与理论值对比分析 |
| 3.5 仿真结果分析 |
| 3.5.1 单胞模型有限元拉伸分析结果 |
| 3.5.2 等比例模型有限元拉伸分析结果 |
| 3.5.3 两种模型分析结果对比 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于单胞模型研究织物拉伸性能影响因素 |
| 4.1 织物纱线纤维密度的影响 |
| 4.2 织物纱线模量的影响 |
| 4.3 摩擦力的影响 |
| 4.4 泊松比的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结束语 |
| 5.1 主要工作与结论 |
| 5.2 后续研究工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果 |
（8）三维编织复合材料高速冲击压缩响应的热氧老化效应和结构效应热力耦合分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 碳纤维增强复合材料热氧老化研究现状 |
| 1.2.1 碳纤维增强复合材料热氧老化机理 |
| 1.2.2 碳纤维增强复合材料热氧老化后力学性能 |
| 1.3 碳纤维增强聚合物基复合材料高速冲击响应 |
| 1.3.1 碳纤维增强聚合物基复合材料高速冲击机械响应 |
| 1.3.2 碳纤维增强聚合物基复合材料高速冲击热力耦合响应 |
| 1.4 研究目标及内容 |
| 1.5 本研究创新点 |
| 1.6 章节内容 |
| 第二章 三维编织碳纤维增强复合材料制备、测试及有限元模型构建 |
| 2.1 原材料 |
| 2.2 三维编织复合材料制造工艺 |
| 2.3 三维编织复合材料热氧老化实验 |
| 2.4 材料高速冲击压缩响应测试 |
| 2.5 傅里叶红外光谱测试 |
| 2.6 比热容测试 |
| 2.7 细观有限元模型建立 |
| 2.7.1 细观有限元几何模型 |
| 2.7.2 细观有限元材料模型 |
| 2.8 连续介质有限元模型建立 |
| 2.8.1 材料模型 |
| 2.8.2 几何模型 |
| 2.9 本章小结 |
| 第三章 三维编织复合材料瞬态热机械响应平面应变分析 |
| 3.1 非傅里叶热传导模型和分数阶导数 |
| 3.2 问题描述与基本方程 |
| 3.3 应力场和温度场求解 |
| 3.4 数值结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 高速冲击下三维编织复合材料内部热应力分析 |
| 4.1 编织结构对三维编织复合材料高速冲击压缩响应影响 |
| 4.2 两种材料模型及模型验证 |
| 4.3 编织结构对复合材料热应力影响 |
| 4.4 热应力对编织复合材料损伤失效影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 三维编织复合材料热氧老化前后冲击压缩响应 |
| 5.1 三维编织复合材料老化前后高速冲击压缩响应 |
| 5.2 环氧树脂热氧老化前后高速冲击压缩响应 |
| 5.3 三维编织复合材料热氧老化机理有限元分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 热氧老化及编织结构对编织复合材料冲击性能耦合效应分析 |
| 6.1 热氧老化及编织结构对复合材料冲击压缩性能耦合影响分析 |
| 6.2 热氧老化及编织结构对复合材料冲击性能耦合影响有限元分析 |
| 6.2.1 有限元模型验证 |
| 6.2.2 温度变化 |
| 6.2.3 热应变和热应力变化 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
（9）基于有限元方法研究复合材料的热学和力学性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 复合材料概述 |
| 1.2.1 复合材料分类 |
| 1.2.2 材料体系的基本导热机理 |
| 1.2.3 复合材料的导热机理 |
| 1.2.4 复合材料的力学模型 |
| 1.3 材料复合的意义 |
| 1.4 填充型复合材料的研究进展 |
| 1.4.1 金刚石/铜复合材料的研究进展 |
| 1.4.2 碳纤维复合材料的研究进展 |
| 1.5 课题的研究意义和内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 金刚石/铜复合材料的热学和力学性能 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 有限元方法概述 |
| 2.3 DIGIMAT建模软件 |
| 2.3.1 DIGIMAT简介 |
| 2.3.2 DIGIMAT模块 |
| 2.4 金刚石/铜复合材料的建模 |
| 2.5 金刚石/铜复合材料的热流分布图和应力云图分析 |
| 2.6 界面结构对金刚石/铜复合材料的影响 |
| 2.6.1 界面元素的选择 |
| 2.6.2 铬界面对复合材料性能的影响 |
| 2.6.3 碳化铬界面对复合材料的性能影响 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 碳纤维/环氧树脂复合材料的性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 碳纤维/环氧树脂复合材料的建模 |
| 3.3 碳纤维/环氧树脂复合材料的热流分布图和应力云图分析 |
| 3.4 碳纤维长径比和含量对碳纤维/环氧树脂复合材料热学性能的影响 |
| 3.4.1 平铺结构下长径比对复合材料热传导性能的影响 |
| 3.4.2 交错结构下长径比对复合材料热传导性能的影响 |
| 3.4.3 平铺结构下含量对复合材料热传导性能的影响 |
| 3.4.4 交错结构下含量对复合材料热传导性能的影响 |
| 3.4.5 两种结构下长径比对复合材料热膨胀系数的影响 |
| 3.4.6 两种结构下含量对复合材料热膨胀系数的影响 |
| 3.5 碳纤维长径比和含量对碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响 |
| 3.5.1 平铺结构下长径比对复合材料力学性能的影响 |
| 3.5.2 交错结构下长径比对复合材料力学性能的影响 |
| 3.5.3 平铺结构下含量对复合材料力学性能的影响 |
| 3.5.4 交错结构下含量对复合材料力学性能的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 碳纤维布/环氧树脂复合材料的性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 碳纤维布/环氧树脂复合材料的建模 |
| 4.3 碳纤维布/环氧树脂复合材料的热流分布图和应力云图分析 |
| 4.4 纱线宽度对碳纤维布/环氧树脂复合材料性能的影响 |
| 4.4.1 纱线宽度对复合材料热传导性能的影响 |
| 4.4.2 纱线宽度对复合材料力学性能的影响 |
| 4.4.3 纱线宽度对复合材料热膨胀系数的影响 |
| 4.5 孔隙率对碳纤维布/环氧树脂复合材料性能的影响 |
| 4.5.1 孔隙率对复合材料热传导性能的影响 |
| 4.5.2 孔隙率对复合材料力学性能的影响 |
| 4.5.3 孔隙率对复合材料热膨胀系数的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（10）热塑性PMC层合结构的翘曲行为预测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 纤维增强热塑性复合材料 |
| 1.1.1 纤维增强热塑性复合材料概述 |
| 1.1.2 纤维增强热塑性复合材料的注塑成型方法 |
| 1.1.3 纤维增强热塑性复合材料的使用领域 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 注塑成型CAE的发展和研究现状 |
| 1.2.2 重叠注塑成型过程的CAE研究现状 |
| 1.2.3 纤维增强热塑性复合材料注塑成型CAE的研究现状 |
| 1.3 课题研究意义及研究内容 |
| 1.3.1 研究意义 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 第2章 注塑成型的有限元理论研究 |
| 2.1 注塑成型的理论基础 |
| 2.1.1 流变学基本方程 |
| 2.2 注塑成型模拟过程的数学模型 |
| 2.2.1 充填过程的数学模型 |
| 2.2.2 保压过程的数学模型 |
| 2.2.3 冷却过程的数学模型 |
| 2.3 重叠注塑成型模拟过程的数学模型 |
| 2.3.1 第一射注塑过程的数学模型 |
| 2.3.2 第二射注塑过程的数学模型 |
| 2.3.3 重叠注塑翘曲变形的数学模型 |
| 2.4 翘曲变形影响因素和原因分析 |
| 2.4.1 翘曲变形的原因分析 |
| 2.4.2 影响翘曲变形的因素 |
| 2.5 有限元软件Moldflow |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 热塑性PMC层合结构的几何建模 |
| 3.1 建模软件Catia |
| 3.2 热塑性PMC层合结构的性能导向设计 |
| 3.2.1 纤维编织结构层的建模过程 |
| 3.2.2 热塑性树脂基体的几何建模过程 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 二次成型与重叠注塑成型的模拟过程对比 |
| 4.1 二次成型和重叠注塑成型的仿真过程 |
| 4.1.1 网格前处理 |
| 4.1.2 材料的选取 |
| 4.1.3 浇口位置和工艺参数的选取 |
| 4.1.4 建立流道系统 |
| 4.2 翘曲分析结果 |
| 4.2.1 二次成型翘曲结果 |
| 4.2.2 重叠注塑成型翘曲结果 |
| 4.3 两次成型工艺的对比分析 |
| 4.3.1 充填结果 |
| 4.3.2 填充末端型腔压力分布 |
| 4.3.3 体积收缩率结果 |
| 4.3.4 两次成型质量差异的原因分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 热塑性PMC层合结构的抗翘曲优化 |
| 5.1 重叠注塑成型的结果分析 |
| 5.1.1 充填时间 |
| 5.1.2 流动前沿温度 |
| 5.1.3 冻结层因子 |
| 5.1.4 剪切速率 |
| 5.1.5 体积收缩率 |
| 5.1.6 翘曲结果 |
| 5.2 保压优化 |
| 5.2.1 保压阶段 |
| 5.2.2 保压时间优化方案 |
| 5.2.3 保压时间优化结果 |
| 5.3 正交试验 |
| 5.3.1 建立正交试验的方案 |
| 5.3.2 正交试验的数据分析方法 |
| 5.3.3 正交试验的数据结果分析 |
| 5.4 保压压力对翘曲变形的影响 |
| 5.5 基于SIM技术优化翘曲变形 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间发表的论文 |
四、三维编织复合材料力学性能的CAE技术基础（论文参考文献）
- [1]三向织物计算机辅助设计及拉伸性能研究[D]. 秦愈. 天津工业大学, 2021(01)
- [2]芳纶-UHMWPE纬平针织物混杂复合材料界面与力学性能研究[D]. 苏瑞. 天津工业大学, 2021(01)
- [3]三维五向碳/芳纶混杂编织复合材料剪切性能研究[D]. 孙小军. 天津工业大学, 2021(01)
- [4]三维编织复合材料梁多次横向冲击损伤分布的结构效应和温度效应[D]. 胡美琪. 东华大学, 2020(01)
- [5]玄武岩纤维/环氧树脂三维机织管状复合材料的力学性能[D]. 朱黎明. 大连工业大学, 2020(08)
- [6]三维机织热防护材料的细观结构优化与有限元模拟[D]. 付佳豪. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [7]三维正交机织物微观结构数值建模及其拉伸力学性能分析[D]. 何田田. 重庆邮电大学, 2020(02)
- [8]三维编织复合材料高速冲击压缩响应的热氧老化效应和结构效应热力耦合分析[D]. 刘胜凯. 东华大学, 2020(01)
- [9]基于有限元方法研究复合材料的热学和力学性能[D]. 王瑶. 安徽大学, 2020(03)
- [10]热塑性PMC层合结构的翘曲行为预测[D]. 王创. 兰州理工大学, 2020(12)