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平纹编织复合材料螺纹联接及压缩力学性能分析

专 业: 工程力学
关键词: 螺纹 有限元 平纹 横向压缩
分类号: V250.3  TH131.3
形 态: 共 69 页 约 45,195 个字 约 2.162 M内容
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内容摘要


编织复合材料被广泛的应用于航空航天等高科技领域,与单向增强的复合材料层合板相比,一方面,由于编织复合材料的细观结构具有可设计性,编织复合材料层合板在改进层间和面内强度以及损伤容限方面具有巨大的潜力;另一方面,由于它更易于成型,减轻了因铺层所带来的繁琐劳动,制造费用较低,因此具有很好的应用前景。

为了联接和固定各种结构,经常需要在二维编织复合材料结构上采用大量的螺纹联接。

本文利用有限元软件ANSYS分析了中厚板复合材料螺钉联接部位的应力场,给出了螺纹牙的载荷分布,研究了螺钉直径、复合材料的纤维体分比、以及螺钉与复合材料之间的摩擦系数对螺纹牙根部圆角处的最大层间拉应力的影响。

由于编织复合材料本构关系各向异性以及纤维束呈波纹状的细观结构,破坏模式是非常复杂的。

本文利用ANSYS对二维平纹编织复合材料压缩力学性能进行三维有限元计算。

假设材料是由许多可重复的单胞组成,根据实测的二维编织复合材料细观结构参数及其周期性建立了复合材料的单胞。

纤维束的力学性能即单向复合材料的宏观力学性能,采用已有的经验公式计算单向复合材料的弹性常数。

对复合材料在沿垂直于编织平面方向和纤维束方向压缩后的微观应力场进行了详细的分析。

对于沿垂直于编织平面方向的压缩即横向压缩,发现在经纬向纤维束相互交替处基体材料的横向压应力较大,是其薄弱部位。

分析表明,与0°/90°层合板相比,编织复合材料受到横向压缩载荷时,自由边界处层间剪应力较大,容易发生层间裂纹,与实验观察相吻合。

通过改变纤维束截面尺寸和纤维束之间间隙大小研究了破坏面角度的变化。

对于沿纤维束方向的压缩,在经纬向纤维束相互交替处有较大的层间剪应力..……

全文目录


摘要
1. 绪论
1.1 螺纹联接结构的研究
1.2 对编织复合材料研究的工程背景
1.3 编织复合材料介绍
1.3.1 二维编织复合材料的优越性
1.3.2 二维编织复合材料的线性分析
1.3.3 二维编织复合材料的非线性分析
1.3.3 三维编织复合材料的力学性能研究
2. 编织复合材料弹性系数的计算
2.1 单向复合材料弹性常数的微观力学分析
2.1.2 平均应力、平均应变和有效弹性常数的概念
2.1.3 计算有效弹性常数的一些简化假定
2.2 计算弹性常数的半经验公式
3. 燃料电池复合材料结构螺纹联接的失效分析
3.1 工程背景
3.2 螺钉联接结构的有限元建模
3.3 螺纹牙载荷分布
3.4 第一个螺纹牙根部圆角处的层间应力分布
3.5 各参数对圆角处最大层间拉应力的影响
3.6 关于螺纹牙牙侧接触边缘处的应力奇异点的讨论
3.7 金属螺纹联接螺纹牙载荷分布的研究
3.8 小结
4. 二维平纹编织复合材料压缩力学行为研究
4.1 工程背景
4.2 沿厚度方向的压缩
4.2.1 细观力学模型
4.2.2 弹性模量的选取
4.2.3 计算分析模型
4.2.4 计算结果及分析
4.2.5 纱线间隙及长短轴比值g_y/t_v对最大剪应力方向的影响
4.3 横向拉、压实验
4.4 沿纱线方向的压缩
4.5 小结
结论
参考文献

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中图分类: > V250.3 > 航空、航天 > 航空 > 航空用材料 > 一般性问题
其他分类: > TH131.3 > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 联接及联接零件

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