【摘 要】
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三维编织复合材料以其诸多无法替代的优良特性,被广泛地应用于航空航天领域,对这类材料的力学性能研究一直是个复杂而重要的问题.该文首先针对含有初始微裂纹缺陷的三维编织
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三维编织复合材料以其诸多无法替代的优良特性,被广泛地应用于航空航天领域,对这类材料的力学性能研究一直是个复杂而重要的问题.该文首先针对含有初始微裂纹缺陷的三维编织复合材料,利用Eshelby-Mori-Tanaka法和改进的刚度平均化方法,考虑了各种编织参数下纤维与裂纹的相互作用,预报了复合材料有效弹性常数和热膨胀系数,比较了不同微裂纹密度对材料性能的影响,为工程设计和工艺改进提供了理论指导.对于脆性编织复合材料的损伤过程,该文首次利用细观力学方法和能量法给出了微裂纹萌生的演化方程及细观本构方程,预报了基体开裂临界应力和相应的非线性本构关系,计算结果表明,由于初始微裂纹的存在使基体开裂强度下降,并且纤维织物不同的取向轨迹较单向材料更容易引起基体开裂.其次,该文针对细编穿刺C/C复合材料实验研究了工艺过程、织物几何形状等对纤维束性能、界面剪切强度和复合材料破坏的影响,对回收试样进行了定量金相观察,给出了XY向和Z向材料的拉压模量、断裂应力及应变.并根据Z向拉伸破坏的机理分析,建立了穿刺纤维桥联裂纹的细观强度模型,对于界面结合完好和滑动脱粘的情况,分别研究了裂纹扩展的能量释放率和应力强度因子,计算了界面脱粘应力、材料断裂强度和纤维断裂概率,与实验结果比较吻合很好.分析表明Z向强度受穿刺纤维束密度、排列间距和统计强度控制,纤维通过界面对裂纹的桥联作用能够抑制裂纹扩展,提高材料强度.最后,该文采用修正的Jones-Nelson-Morgan模型理论计算了各向异性C/C复合材料的偏轴应力-应变关系,由于加权柔度模型和扩充理论的推广和引入,保证了该模型在复杂载荷下使用时柔度模型和扩充理论的推广和引入,保证了该模型在复杂载荷下使用时柔度矩阵的对称性,更好地反映出不同加载路径下的柔度变化,为今后利用有限元技术准确地进行结构力学分析和工程应用打下基础.
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