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纤维增强复合材料中埋入光纤后的力学性能研究

作　者: 纪丕华
导　师: 胡明敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 纤维增强复合材料 光纤 树脂富集区 ANSYS 界面力学 界面端 应力奇异性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


智能材料系统和结构是21世纪材料科学技术发展的前沿和热点。纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳以及工艺性好等优异特性,广泛应用于航空航天、军工和民用建筑等领域。光纤传感器由于其自身的相容性好、抗耐腐蚀、抗电磁干扰、传感准确度高等优势,已经日益被广泛应用于复合材料监测等领域。然而光纤埋入复合材料后,会在其周围形成树脂富集区,导致结构的不连续性,并由其产生的应力集中现象使得结构的力学性能受到影响。本文正是基于这一工程背景,以把光纤作为复合材料中内置的纤维为主线进行分析和研究。主要通过试验研究、ANSYS有限元分析以及运用界面力学的相关知识对其进行研究。本文从光纤的直径、埋入位置、埋入数量对整体结构力学性能的影响进行了试验研究,利用ANSYS有限元对应试验进行等效模拟分析,将两种结果进行比较,得出了相应的结论。并且用界面力学的相关知识对复合材料中埋入复合材料这一物理现象进行初步涉猎,对相关的界面端的应力奇异性进行研究,并且给出楔形树脂富集区的奇异应力场。为工程实践中光纤埋入复合材料中提供了理论依据,提出了相应的优化方案。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 本文的研究内容  13-15
第二章 光纤埋入复合材料的试验研究和ANSYS 分析  15-34
  2.1 引言  15
  2.2 ANSYS 软件的建模方法  15-16
    2.2.1 创建几何实体模型的方法  15-16
    2.2.2 建模前的问题规划  16
  2.3 光纤埋入复合材料的建模  16-20
    2.3.1 分析模型  16-18
    2.3.2 材料的属性和单元类型  18
    2.3.3 网格划分  18-20
  2.4 拉伸试验及有限元ANSYS 分析  20-24
    2.4.1 拉伸试验  20-22
    2.4.2 有限元ANSYS 分析计算  22-24
  2.5 弯曲试验及ANSYS 有限元分析  24-32
    2.5.1 弯曲试验及有限元模拟方法  24-25
    2.5.2 光纤直径对CFRP 弯曲性能的影响  25-27
    2.5.3 光纤排布方式对CFRP 弯曲性能的影响  27-29
    2.5.4 光纤体积含量对CFRP 弯曲性能的影响  29-32
  2.6 本章小结  32-34
第三章 光纤埋入复合材料的界面相关理论  34-42
  3.1 引言  34
  3.2 界面模型  34-40
    3.2.1 界面的力学模型  34-35
    3.2.2 界面的三种基本模型  35-37
    3.2.3 界面问题的特殊性  37-38
    3.2.4 界面的应力传递、剪滞模型  38-40
  3.3 Dundurs 异材参数  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 光纤埋入复合材料的界面力学分析  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 轴对称界面角点和界面端的应力奇异  42-48
  4.3 界面角点和界面端附近的奇异应力场  48-51
    4.3.1 界面角点附近的奇异应力场  48-49
    4.3.2 界面端附近的位移场和奇异应力场  49-51
  4.4 光纤埋入复合材料界面端的问题研究  51-55
    4.4.1 楔形体界面端的应力奇异性研究  51-53
    4.4.2 楔形体界面端的奇异应力场  53-55
  4.5 界面裂纹的初步假设  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章 光纤埋入复合材料的界面力学有限元分析  57-63
  5.1 引言  57
  5.2 光纤埋入形成的界面对整体结构的影响  57-61
    5.2.1 光纤埋入含量对应力分布的影响  57-58
    5.2.2 横截面上界面的力学性能分析  58-60
    5.2.3 纵截面上界面力学性能分析  60-61
  5.3 本章小结  61-63
第六章 结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
在学期间的研究成果及发表的学术论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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