本文關(guān)鍵詞：三維四向編織復(fù)合材料力學(xué)性能的有限元分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

三維四向編織復(fù)合材料力學(xué)性能的有限元分析

復(fù)合材料學(xué)報ActaMateriaeCompositaeSinica

文章編號:1000-3851(2005)05-0155-07

第22卷　第5期　　10月　2005年Vol.22

No.5

October

2005

三維四向編織復(fù)合材料力學(xué)性能的有限元分析

楊振宇1,盧子興1,*,劉振國1,李仲平2

(1.北京航空航天大學(xué)固體力學(xué)研究所,北京100083;2.航天材料工藝研究所,北京100076)

摘　要:　在已有研究的基礎(chǔ)上,提出了一個新的三維編織復(fù)合材料單元胞體模型,該模型正確地反映了纖維束的交織方式,十分接近三維編織復(fù)合材料的真實(shí)結(jié)構(gòu),可用于三維四向編織復(fù)合材料有效模量的有限元數(shù)值預(yù)報,并合理確定復(fù)合材料內(nèi)部全場應(yīng)力分布。采用有限元軟件對該模型進(jìn)行了力學(xué)分析,得到了相關(guān)等效彈性性能參數(shù)。結(jié)果表明:有限元計(jì)算得到的三維編織復(fù)合材料的等效彈性性能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論預(yù)測值都吻合較好,從而驗(yàn)證了該模型的有效性。此外,基于新的單元胞體模型還確定了三維四向編織復(fù)合材料的應(yīng)力場,為進(jìn)一步的強(qiáng)度計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:　三維編織;復(fù)合材料;有限元;等效彈性性能;應(yīng)力場中圖分類號:　TB330.1　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

FINITEELEMENTANALYSISOFTHEMECHANICAL

PROPERTIESOF3-DBRAIDEDCOMPOSITES

YANGZhenyu,LUZixing

1

1,*

,LIUZhenguo,LIZhongping

12

(1.InstituteofSolidMechanics,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China;

2.InstituteofSpaceMaterialTechnology,Beijing100076,China)

Abstract:　Onthebasisofavailablestudies,anewmodelofrepresentativevolumeelementsof3-Dbraidedcom-positesisproposed,whichtrulyreflectsthebraidedmannerandcoincideswiththeactualconfigurationofthebrai-dedcomposites.Itcanbeusedtopredicttheeffectivemodulusof3-DbraidedcompositeswithFiniteElementMeth-od(FEM)anddetermineitsstressfieldinreason.Thefiniteelementsoftwarewasadoptedtostudythemechanicalpropertiesofthismodel,andtheeffectivepropertiesofelasticitywereobtained.Theresultsshowthattheonesoffiniteelementcalculationfitwellwiththeexperimentalresultsandtheoreticalprediction,whichdemonstratesthevalidityofthismodel.Inaddition,basedonthenewmodel,thestressfieldof3-Dbraidedcompositesintensionorshearingisdetermined,whichprovidesthebasisforstrengthcalculationinthefuture.

Keywords:　threedimensionalbraiding;composites;FEM;effectiveelasticproperties;stressfield

　　隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和各種有限元計(jì)算方法及理論的發(fā)展,用有限元分析來預(yù)報復(fù)合材料力學(xué)性能的工作不斷涌現(xiàn),但相對而言,對編織復(fù)合材

料的力學(xué)計(jì)算還不多見,且由于編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,所以目前的分析模型一般均包含有較多的脫離實(shí)際的假設(shè)。編織復(fù)合材料有限元分析的工作主要有:Lei等建立了三維桁架結(jié)構(gòu)的有限元胞體模型,其中用梁單元模擬纖維束,而基體簡化為桿單元,該模型雖然在一定程度上反映了復(fù)合材料中纖維束的交織情況,但對纖維束和基體的受力、

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變形方式及它們之間相互作用的處理過于簡化。Chen等[2]基于變分原理,提出用有限多相單元法來預(yù)測三維編織復(fù)合材料的有效性能。Tang等從三維編織復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)入手,采用非線性有限元模擬分析了三維編織復(fù)合材料的變形。而孫慧玉等則通過均勻化理論和非協(xié)調(diào)多變量有限元法研究了三維編織復(fù)合材料的微觀力學(xué)性能,提出采用非協(xié)調(diào)位移單元和混合應(yīng)力單元來模擬三維編織復(fù)合材料的有效彈性力學(xué)性能。最近,龐寶君等[5]根據(jù)自己所建立的三維多向編織復(fù)合材料的單胞幾何

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收稿日期:2004-11-09;收修改稿日期:2005-01-07基金項(xiàng)目:航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目(04B51045)通訊作者:盧子興,教授,主要研究方向?yàn)閺?fù)合材料力學(xué)、泡沫材料力學(xué)　E-mail:luzixing@

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