三維編織複合材料熱力耦合行為研究

《三維編織複合材料熱力耦合行為研究》是依託哈爾濱理工大學，由姜黎黎擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維編織複合材料熱力耦合行為研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：姜黎黎
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

本項目擬對三維四向編織複合材料的熱力耦合行為問題展開深入系統的研究。針對三維四向編織複合材料提出能夠真實反映內部細觀結構的單胞模型，提高理論預報精度。基於三維四向編織複合材料的細觀結構幾何模型，將熱彈性力學與複合材料力學相結合，建立三維編織複合材料熱力耦合行為的分析模型，研究三維四向編織複合材料在熱力耦合作用下的力學性能和損毀機理，提出材料在熱力耦合作用下失效的評價方法。利用多相有限元方法和精細數值算法，提出一種能夠快速、高效預報三維四向編織複合材料的熱物理特性、瞬態熱傳導及熱力耦合行為的數值計算方法，開發出三維編織複合材料熱力耦合行為計算力學軟體，為三維編織複合材料的熱力耦合行為研究提供新的思路和方法，為合理描述材料在熱力耦合作用下的力學行為及損毀機理奠定基礎，豐富其力學性能資料庫，並可以為三維編織結構的設計與製備提供理論依據。

結題摘要

三維編織複合材料是將古老的編織技術與現代複合材料成型技術有機地融於一體而形成的一種具有獨特結構的複合材料，它從根本上克服了單向增強的複合材料層板易分層、開裂等缺點，具有比強度高、比剛度高、優良的抗衝擊損傷性能、抗疲勞斷裂性能、耐燒蝕性能、結構整體性和可設計性等，因此倍受工程界的普遍關注，在航空、航天和國防等領域得到了廣泛套用。但大部分航空航天飛行器均在複雜的熱環境下工作，結構件內部將產生熱應力，從而影響結構件的正常工作和材料的力學性能，因此要求編織複合材料具有高度的環境適應性，能在劇烈的環境變化中保持結構的高度穩定性。作為結構材料使用的三維編織複合材料能否適應其工作環境的溫度變化，與其熱物理性能熱力耦合行為密切相關。因此，開展三維編織複合材料的熱物理特性及熱力耦合行為的研究是航空航天飛行器結構設計的重要基礎和關鍵技術支撐，對提高我國國防實力具有極其重要的意義。本項目針對不同編織角度的三維四向編織複合材料，進行了熱環境下的熱物理性能實驗和熱環境下的縱向拉伸與壓縮力學性能實驗研究，獲得了熱環境下三維四向編織複合材料的熱物理性能變化規律及其分布特徵，分析了環境溫度和編織角對材料的熱膨脹係數、熱傳導係數、比熱以及熱擴散率的影響，討論了環境溫度和編織角度對三維四向編織複合材料的縱向拉伸與壓縮力學性能的影響，並根據巨觀斷裂形貌和掃描電鏡照片分析了材料在熱力耦合作用下的破壞和斷裂機理。最後，根據三維四向編織複合材料的編織結構，建立了三維四向編織碳/環氧樹脂複合材料的螺旋單胞數值分析模型，對材料在熱載荷和機械載荷共同作用下的熱力耦合行為進行了數值分析，得到了三維編織複合材料的熱力耦合應力場和位移場，並與相應的實驗結果進行了對比分析。這些實驗數據為進一步研究三維編織複合材料的熱力耦合行為奠定了堅實的實驗基礎，並擴大其套用範圍具有重要意義。該項目執行期間共發表相關論文3篇，其中SCI和EI收錄2篇，北大中文核心期刊1篇，授權實用新型專利2項，目前仍有一篇論文處於審稿階段。