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《沈陽工業(yè)大學(xué)》 2015年

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的有限元分析

董駕潮  

【摘要】：近年來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及創(chuàng)新極大的推動了復(fù)合材料的應(yīng)用和研究，而金屬基復(fù)合材料由于具有高強(qiáng)度、硬度、彈性模量，耐高溫，良好的抗磨損能力以及尺寸加工穩(wěn)定性等特點(diǎn)涌現(xiàn)出越來越強(qiáng)大的生命力。其中以纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為代表的金屬基復(fù)合材料兼具比強(qiáng)度大、比剛度高以及低熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良特性，成為金屬基復(fù)合材料的一個重要分支，廣泛應(yīng)用于航天航空及各種工程構(gòu)件。因此，對于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的研究具有不可估量的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價值。 本文基于纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的有限元模型，展開了若干力學(xué)問題和性能的分析研究，主要內(nèi)容包括以下幾個方面： （1）建立含有單根纖維的鋁基復(fù)合材料體元分析模型，體元邊界設(shè)置為自由邊，考察纖維的長度、半徑、彈性模量、末端幾何形狀等參數(shù)以及外加荷載對復(fù)合材料各處應(yīng)力分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)，，復(fù)合材料纖維與基體的相互作用區(qū)域隨著纖維半徑的增大而增大，纖維的長度可以影響應(yīng)力飽和區(qū)域的范圍；纖維與基體彈性模量的匹配對其相互作用區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力影響較大，二者的彈性模量差值越大，區(qū)域內(nèi)應(yīng)力越集中，萌生裂紋的可能性就越大；復(fù)合材料纖維末端設(shè)計為圓球形狀后，可以很大程度上消除該處的應(yīng)力集中，改善應(yīng)力變化梯度，減少裂紋出現(xiàn)的概率；外加荷載對纖維與基體相互作用區(qū)、應(yīng)力飽和區(qū)范圍影響均不大，但復(fù)合材料各處應(yīng)力隨之呈線性變化。 （2）建立胞體體元邊界為整體約束的有限元修正模型，目的是改善有限元模型與實(shí)際模型的差異性所導(dǎo)致的局部變形問題。參考自由邊界模型纖維的各個參數(shù)的變化情況，將二者計算結(jié)果做對比，分析得出的結(jié)論與自由邊界模型大致相同，以此驗(yàn)證本模型的精確性。 （3）將纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的有限元模型拓展應(yīng)用到鋼纖維混凝土的細(xì)觀拉伸力學(xué)分析模型中，將理論計算值與模型計算結(jié)果對比，印證模型的實(shí)用性，為纖維混凝土的理論發(fā)展和工程應(yīng)用提供新思路。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB332
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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