论文部分内容阅读
近年来随着复合材料的发展,复合材料蜂窝夹芯结构逐渐取代传统金属蜂窝夹芯结构,越来越多地被用于航空航天结构中。由于复合材料内部结构和失效机理的复杂性,使得分析复合材料蜂窝夹芯结构力学行为的难度远高于传统金属蜂窝夹芯结构。因此,发展复合材料蜂窝夹芯结构的力学行为分析方法具有重要的学术意义和工程价值。本文从复合材料蜂窝夹芯结构等效模型建模方法和静强度分析方法开展了研究,主要研究工作如下:（1）开展了蜂窝夹芯结构等效模型和分析静强度的精细模型的建模方法研究。对蜂窝夹芯结构等效模型和分析静强度的精细模型均采用实体单元对面板进行建模,统一了两种模型中面板的建模方式,便于后续将两种模型用于分析复合材料蜂窝夹芯结构力学行为。对于精细模型,采用内聚力层模拟胶层力学行为。研究表明:采用实体单元对面板进行建模的等效模型,可以准确表征蜂窝夹芯结构线性力学性能;采用实体单元对面板进行建模的精细模型相较于采用壳单元对面板进行建模的精细模型,可以在准确计算蜂窝夹芯结构屈服荷载的同时,准确地表征蜂窝夹芯结构失效破坏模式;由于采用了内聚力层模拟胶层力学行为,本文的蜂窝夹芯结构精细模型可以准确表征因胶层脱粘导致的分层破坏失效模式。（2）开展了2D编织SiC/SiC复合材料多尺度渐近损伤失效分析,为后续将该方法运用于复合材料蜂窝夹芯结构面板材料的力学性能分析提供依据。将微观界面组分纳入宏-细-微三个尺度的多尺度分析过程中,从而可以针对界面脱粘、纤维成簇拔出等失效行为进行近似表征。采用缩聚的放大因子进行多尺度信息传递,并结合细、微观复合材料失效理论与编织复合材料等效弹性参数计算方法,进行了2D编织SiC/SiC复合材料宏-细-微多尺度渐进损伤失效分析。研究表明:数值模拟可以准确计算2D编织SiC/SiC复合材料强度极限;微观界面组分不可忽略,若忽略微观界面会造成材料性能大幅加强;该方法可以从宏-细-微观三个尺度模拟材料的损伤失效过程。（3）开展了SiC/SiC复合材料蜂窝夹芯结构等效模型建模方法和静强度分析方法研究。基于分等级多尺度分析方法,考虑微观纤维随机分布特征和细、微观基体孔隙,建立更接近实际结构的细、微观单胞模型,并采用基于应变能的复合材料等效弹性参数预测方法计算SiC/SiC复合材料等效弹性参数,从而改进了SiC/SiC复合材料蜂窝夹芯结构等效模型中面板的等效弹性参数获取方法。将2D编织SiC/SiC复合材料多尺度分析方法运用于SiC/SiC复合材料蜂窝夹芯结构面板材料中,发展了一种SiC/SiC复合材料蜂窝夹芯结构静强度分析方法,从而可以以比强度作为结果对比依据,定量地评估SiC/SiC复合材料蜂窝夹芯结构相比传统金属蜂窝夹芯结构的轻质化程度。