【正文】 .9 理論和數(shù)值方法結果的比較.............................. . . . . ..........10 垂直纖維方向熱膨脹系數(shù)理論模型的修正...................................12 基體粘彈性對熱性能的影響........... . ..................................14 小結...................................................................16第三章 正交鋪層復合材料的熱性能分析...........................................18 引言...................................................................18 對稱正交復合材料的熱膨脹系數(shù)...........................................18 基體粘彈性對正交鋪層復合材料熱性能的影響...............................20 非對稱正交鋪層復合材料降溫收縮過程的模擬...............................22 非對稱正交鋪層復合材料降溫收縮彎曲的理論解.............................25 小結...................................................................27第四章 不同纖維排布方式復合材料熱性能研究.....................................28 引言...................................................................28 六邊形纖維排布方式模型的熱膨脹性能.....................................28 纖維隨機排列模型的熱膨脹性能...........................................30 小結...................................................................32第五章 總結與展望.............................................................33 總結...................................................................33 工作展望...............................................................34參考文獻......................................................................35致謝.......................................................................36第一章 緒 論 引言復合材料是由兩種或多種不同性質的材料用物理和化學方法在宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。／NASTRAN軟件建立了單向纖維的細觀單胞模型，計算出單向纖維復合材料在不同纖維體積分數(shù)時的熱膨脹系數(shù)和熱失配應力，并與理論結果進行了比較，在此基礎上對理論模型進行了改進。隨后在模型中引入粘彈性，研究了基體粘彈性對單向纖維模型熱膨脹系數(shù)的影響。一般復合材料的性能優(yōu)于其組分材料的性能，并且有些性能是原來組分材料所沒有的，復合材料改善了組分材料的剛度、強度、熱學等性能。由于基體樹脂具有粘彈性性能，使得樹脂基復合材料在工作環(huán)境下的粘彈性性能可能表現(xiàn)得非常明顯。但是由于高溫試驗成本過高以及復合材料不同于金屬材料，其在可設計的基礎上所表現(xiàn)出來的多樣性的特點，這都限制了試驗方法的應用。在一定溫度條件下，熱膨脹將導致結構變形，從而產(chǎn)生內(nèi)應力，過大的熱變形可能致使結構失效，使航空航天器無法正常工作。本文討論的是玻璃纖維/樹脂集體復合材料，材料參數(shù)取為： =72GPa，=，==，=，=將數(shù)據(jù)代入和的計算公式，得到結果如下表： 理論模型下不同纖維體積含量下單向纖維模型的熱膨脹系數(shù)40%50%60%70%縱向（）橫向（）將此問題考慮為一個平面應變問題，：一個無限長的帶孔圓柱體，圓柱體的外徑為R，內(nèi)孔半徑為r，孔內(nèi)填充有一根纖維，半徑為r，帶孔長圓柱體和纖維都受熱膨脹，而熱膨脹系數(shù)不同，引起熱失配應力，設單獨存在時，纖維沿徑向伸長了，帶孔基體沿徑向伸長了。因此，胞元模型邊界條件的合理選取，是能否得到合理結果的重要因素。 單纖維模型 單纖維模型的有限元網(wǎng)格在結構分析模式下，設定模型初始溫度為120176。 有限元模型下不同纖維體積分數(shù)的RVE的熱膨脹系數(shù)40%50%60%70%縱向（）橫向（）下圖為RVE的最大主應力云圖: 單向纖維模型最大主應力云圖由于在RVE上的溫度為均勻的穩(wěn)態(tài)分布。熱失配應力隨纖維體積分數(shù)變化的曲線圖如下： 熱失配應力的理論解 熱失配應力的有限元解關于熱失配應力，理論結果和有限元結果相差很大，這是因為在計算熱失配應力時對于理論模型將基體簡化為帶孔的圓柱體，與實際情況的帶孔正方體相差較大，這里只是將理論值作為一個參考。 基體粘彈性對熱性能的影響纖維增強復合材料的樹脂基體是高聚物，具有粘彈性，特別是當溫度或荷載水平較高的情況下，粘彈性性能將更顯著?？v向的熱膨脹系數(shù)增大的較少，因為縱向的熱膨脹系數(shù)主要由纖維決定；橫向的熱膨脹系數(shù)增大的較多，這是因為橫向熱膨脹系數(shù)主要由基體決定。層合板是由單層板按照規(guī)定的纖維方向和次序，鋪放成疊層形式，進行粘合，經(jīng)過熱固化處理而成。C的均勻溫度場，在RVE模型主節(jié)點加對應MPC的鉸支邊界條件，計算由于溫度變化引起的結構變形。正是由于這一項的貢獻，使得在一定的 范圍內(nèi)出現(xiàn)。當兩個方向的纖維束的體積分數(shù)不同時，在降溫過程中，模型除了收縮變形外，還可能會由于兩部分的收縮量不同而發(fā)生彎曲。在上圖所示模型中，限制垂直軸的沒有加剛性塊的面的方向位移，加上對應于周期性邊界條件的四點簡支邊界條件，在結構分析模式下，設定模型初始溫度為120176。 （318）與式33的有限元結果比較，發(fā)現(xiàn)兩種解法結果相差較大，主要是因為在求理論解時對模型做了過多的簡化，與實際情況差別較大。經(jīng)過計算得出該模型的位移云圖如下： x方向位移云圖 y方向位移云圖 z方向位移云圖從圖中可以看出，由于MPC條件的約束，模型在三個方向上邊界上的位移都是均勻分布的。 不同纖維排布模型的熱膨脹系數(shù)模型四邊形六邊形隨機1隨機2隨機3隨機4（）（）（）從上表中可以看出，纖維的排布方式對縱向的熱膨脹系數(shù)影響較小，這是因為無論對于哪種排布方式，在縱向上并聯(lián)的基體體積分數(shù)都是保持不變的。接著，在基體材料中加入粘彈性，分析基體粘彈性對正交模型熱膨脹系數(shù)的影響。在模擬非對稱正交模型的降溫過程時，為了便于設定模型的MPC條件，將模型上下兩個部分用橫觀各向同性材料來等效，使得不能對其賦粘彈性屬性，因為粘彈性只能賦在各向同性材料上，所以無法研究粘彈性對非對稱正交模型收縮彎曲過程的影響。在此，謹向我的導師周儲偉教授表示我最衷心的感謝和深深的敬意！此外，我還要感謝李力、于航、沈輝、石先蓉等師兄師姐的熱心指導和幫助，我在畢設中遇到一些難以解決的問題，經(jīng)常向他們請教，他們都熱心指導我，可以說沒有他們的幫助，我的論文難以按期完成。我能體會到他們的期望，也不會辜負他們。在研究纖維排布方式對熱性能的影響時，采用的算例不夠多，尤其是隨機模型，由于建模的困難，本文用的四個隨機模型纖維的疏密程度差別不夠大。 最后利用通用有限元軟件MSC．PATRAN／NASTRAN建立六邊形纖維排布模型，并分析它的熱膨脹系數(shù)，然后與四邊形排列方式的結果進行比較，最后初步研究纖維隨機排布模型的熱膨脹系數(shù)。 小結 本章首先建立了六邊形纖維排布模型的RVE，計算其各個方向的熱膨脹性能，并與四邊形排布方式的結果進行比較。改變模型中纖維的體積分數(shù)可以求出熱膨脹系數(shù)隨纖維體積分數(shù)的變化關系。 小結 本章以的正交鋪設的層合板為對象，首先利用通用有限元軟件MSC．PATRAN／NASTRAN建立對稱的正交RVE模型，對其進行熱分析求得了不同體積分數(shù)下的熱膨脹系數(shù)。C的均勻穩(wěn)定場。從收縮量不同的角度看，整個模型可能會發(fā)生兩個方向的彎曲，但是實際上，當模型的一個方向發(fā)生彎曲之后，另一個方向的彎曲剛度會變的很大，從而不會在另一個方向發(fā)生彎曲。 正交模型和單向模型的比較從上圖可以發(fā)現(xiàn)，正交模型在厚度方向的熱膨脹系數(shù)比單向纖維模型橫向的熱膨脹系數(shù)大很多，這是由于正交模型的纖維在兩個方向對基體的收縮進行限制，使得整個模型在沿厚度方向的熱膨脹系數(shù)大于單向纖維模型。垂直于厚度方向的兩個表面在MPC條件的限制下仍然保持平面且平行。為了便于建模，本章只考慮纖維方向是的正交鋪設的層合板。 小結 本章以最基本的單向纖維模型為對象，根據(jù)復合材料細觀力學的基本方程對其軸向以及橫向的熱膨脹系數(shù)的計算公式進行了推導；并利用通用有限元軟件MSC．PATRAN／NASTRAN建立RVE模型，對其進行熱分析求得了不同體積分數(shù)下的熱膨脹系數(shù)及失配應力。由于蠕變和應力松弛的存在，模型的熱膨脹系數(shù)相應的會受到影響。從實際的胞元看基體應該是一部分和纖維串聯(lián)另一部分和纖維并聯(lián)（），而串聯(lián)部分和并聯(lián)部分基體的體積分數(shù)和的選取決定著該模型與實際情況的接近程度。而從各組分觀察：纖維中產(chǎn)生壓應力，而基體中產(chǎn)生拉應力。C的均勻溫度場，在RV