三维编织复合材料管件单胞模型和轴向动态压缩强度优化设计.pdfVIP

学兔兔 l80 圜家自然科学基金委员会资助项目优秀成果介绍 第46卷第24期 三维编织复合材料管件单胞模型和轴向动态 压缩强度优化设计 (项目资助号 1 项目负责人及所在单位：顾伯洪，东华人学 2 起止年限：2007年1月~2009年l2月 3 项目简介 研究三维纺织结构复合材料，包括四步法三维编织复合材料的单胞刚度矩阵、临界失效面积破坏准则 和在冲击加载下的能量吸收，基于各种 胞结构提出三维纺织结构复合材料的动态强度。内容包括：① 制 备四步法三维编织、三维正交机织、三维针织复合材料和相应工程结构件并测试在不同冲击速度加载下的 应力应变曲线、变形形态和破坏机制：② 发展三维纺织结构复合材料的单胞模型和临界失效面积破坏准则， 编制各种三维结构复合材料在冲击加载下力学性质降解和失效的用户子程序库，结合数值计算方法设计复 合材料和结构件在不同冲击速度加载下的能量吸收和变形特征；③ 采用传递函数概念在频域内研究各种三 维纺织结构复合材料的冲击破坏机理，讨论能量吸收幅值谱和相位谱在不同应变率下的特征，结合极点分 布研究不同三维增强结构复合材料在不同应变率下的结构稳定性和破坏特征，避免在时域内建立力学模型 分析破坏机理的复杂性；④ 进一步发展_一维纺织结构复合材料弹道冲击动力学，从严格细观结构尺度和单 胞尺度计算弹道侵彻破坏，得到三维正交机织、三维编织复合材料的弹道冲击性质。 4 主要研究进展及创新点 (1)三维编织复合材料弹道冲击动力学：基于三维编织复合材料中纱线空间轨迹的纱组概念，建立大 型精细结构三维编织复合材料几何结构模型，结合动态显式算法有限元计算弹道冲击性能，得到复合材料 侵彻破坏过程。 (2)三维纺织结构复合材料冲击破坏机理频域研究：在频域中研究三维纺织复合材料冲击压缩力学性 质，详细考察三维机织、针织、编织复合材料在冲击压缩(高应变率压缩)下的压缩应力应变曲线与应变率 的关系，发现隐藏于时域中的复合材料冲击加载响应特征。 (3)三维纺织结构复合材料冲击加载时频特征：用快速傅里叶变换和小波分析方法确定应力波的频谱 特征，给出精确计算应力应变曲线的方法。该方法对于其他类型的动态测试具有广泛的适应性。 (4)三维纺织结构复合材料结构件冲击响应和设计：发展和建立T--维正交机织、三维针织间隔结构、 三维多重混杂针织结构复合材料的单胞模型，扩展了描述冲击加载失效的复合材料临界失效面积破坏准则， 基于复合材料刚度矩阵的降解机制，从理论上预见普适性三维纺织结构复合材料单胞的可能性以及应用于 复合材料冲击加载和吸能的可设计性。 5 主要研究成果 (11在 ((Philosophical Magazine))等国际著名期刊上发表论文，被SCI收录14篇。 (2)指导博士论文 《三维纺织结构复合材料压缩性能的应变率效应及动态特性分析》，被评为2009年 全国优秀博士论文。 联系人：顾伯洪，东华大学纺织学院 邮编：201620 电 话：02 1．6779266 1 传 真：02 1 E—mail：gubh@dhu．edu．cn