《三維編織複合材料力學行為及疲勞積累損傷研究》是依託哈爾濱工業大學，由方國東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三維編織複合材料力學行為及疲勞積累損傷研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：方國東
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著三維多向編織複合材料在航空航天主承力結構上的套用，迫切需要建立理論和數值方法分析其疲勞破壞機理，為該類材料的疲勞設計奠定基礎，提升三維多向編織複合材料結構的利用率以及航空航天飛行器的可靠性能。本項目旨在從力學角度出發，建立三維多向編織複合材料的宏細觀材料性能的關聯模型，利用細觀組分材料的性能表征任意編織角的三維編織複合材料的疲勞積累損傷過程，分析三維編織複合材料的疲勞破壞機理，研究材料細觀編織結構參數（如編織角和纖維體積分數等）對材料巨觀疲勞性能的影響規律，由此促進材料設計和材料研究。另一方面，針對三維多向編織複合材料目前只開展部分簡單拉伸疲勞試驗分析的研究現狀，利用細觀積累疲勞損傷方法對多種應力比和載入頻率的三維編織複合材料疲勞性能進行預報，得到該材料的疲勞壽命，通過該方法實現材料宏細觀模擬實驗技術，建立三維編織複合材料結構設計和分析中急需的疲勞強度分析方法。
結題摘要
本項目針對具有複雜的細觀幾何結構編織複合材料，從編織複合材料細觀建模，組分材料性能反演、力學性能分析到疲勞損傷演化進行了實驗、理論分析和數值模擬研究。利用voxel格線技術結合應力平均技術對編織複合材料進行了快速的細觀建模和力學性能分析，解決了由於編織複合材料細觀結構複雜只能理想假設纖維束截面而建立理想的代表體積單胞模型，避免了傳統有限元分析具有複雜幾何形狀的非均勻材料單元劃分的困難，很好地預報了編織複合材料有效模量和強度，通過該方法為進一步從實時細觀結構到快速有限元建模分析奠定了基礎。利用徑向基函式神經網路方法結合細觀有限元模型及編織複合材料巨觀性能試驗反演組分材料性能，為進一步的損傷失效分析奠定材料模型基礎。開展了三維編織複合材料靜力和疲勞性能試驗，分析了控制複合材料力學性能的主要破壞模式和機理。通過細觀組分材料疲勞損傷演化模型結合細觀代表體積單胞模型，對三維編織複合材料進行了拉拉疲勞積累損傷演化分析，初步預報了編織複合材料在拉拉疲勞載荷作用下的疲勞壽命。結合離散內聚力模型和Paris準則建立了疲勞界面單元模型，初步驗證了模型的正確性，為進一步套用到三維編織複合材料疲勞模型中奠定了基礎。這些研究為進一步更系統深入研究複雜的三維編織複合材料疲勞破壞行為奠定了良好的基礎。
