植物短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有質(zhì)輕、環(huán)保和可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn),因此廣泛應(yīng)用于汽車、高鐵列車和民用飛機(jī)等領(lǐng)域,隨機(jī)短云杉纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料（云杉/PP）在上述領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。基于內(nèi)聚力區(qū)模型（CZM）,本文用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值混合方法研究了云杉/PP復(fù)合材料的宏觀斷裂行為力學(xué)參數(shù)。作為對(duì)比材料,還測定了編織玻璃纖維增強(qiáng)聚胺酯復(fù)合材料（玻璃纖維/PU）的宏觀內(nèi)聚力區(qū)模型的牽引-分離關(guān)系。本文采用內(nèi)聚力區(qū)模型描述云杉/PP和玻璃纖維/PU復(fù)合材料的宏觀I型斷裂力學(xué)行為。通過緊湊拉伸斷裂力學(xué)實(shí)驗(yàn),利用數(shù)字圖像相關(guān)方法（DIC）得到不同載荷和裂紋啟裂載荷時(shí)的裂尖位移場和應(yīng)變場;通過實(shí)驗(yàn)-有限元數(shù)值混合法,得到上述載荷作用下的遠(yuǎn)場應(yīng)力場。將裂紋尖端內(nèi)聚力區(qū)的牽引力和分離量進(jìn)行離散化處理,內(nèi)聚力區(qū)的分離量由上述DIC實(shí)驗(yàn)測得。利用上述斷裂實(shí)驗(yàn)測量場和數(shù)值輔助場的交互J積分與路徑無關(guān)的性質(zhì),建立求解內(nèi)聚力區(qū)的牽引力的方程組,通過改進(jìn)的場投影法（FPM）測得材料宏觀內(nèi)聚力區(qū)模型牽引-分離關(guān)系。本文針對(duì)纖維體積含量為49%和20%的云杉/PP短纖維復(fù)合材料以及玻璃纖維/PU編織復(fù)合材料,測量了在不同載荷和裂紋啟裂載荷時(shí)其宏觀內(nèi)聚力區(qū)牽引-分離關(guān)系曲線,得到其宏觀內(nèi)聚力區(qū)強(qiáng)度和應(yīng)變能釋放率。討論了彈性模量與積分路徑對(duì)CZM牽引力測量結(jié)果的影響。采用基于本文內(nèi)聚力區(qū)模型的牽引-分離關(guān)系曲線的實(shí)驗(yàn)測量方法、實(shí)驗(yàn)-有限元數(shù)值混合J積分方法和Irwin-Kris方法,測得云杉/PP復(fù)合材料的宏觀斷裂能量釋放率,對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較和討論。用雙線性內(nèi)聚力區(qū)模型表征云杉/PP短纖維復(fù)合材料的宏觀斷裂和微觀纖維基體界面力學(xué)行為,采用Mori-Tanaka細(xì)觀力學(xué)方法,估計(jì)確定了纖維體積含量為49%和20%兩種云杉/PP短纖維復(fù)合材料的纖維基體界面CZM參數(shù),即纖維基體界面的內(nèi)聚力區(qū)強(qiáng)度、界面剛度和界面能量釋放率。本文工作為非均勻復(fù)合材料的宏觀斷裂行為、纖維基體界面力學(xué)行為的表征以及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)測試方法和數(shù)據(jù)。 

 

 

天津大學(xué)天津市211工程院校985工程院校教育部直屬院校

 

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

 

頁數(shù)：67

 

文章目錄

中文摘要

ABSTRACT

字母注釋表

第一章 緒論

    1.1 研究背景

    1.2 內(nèi)聚力區(qū)模型的應(yīng)用與分類

    1.3 內(nèi)聚力區(qū)模型研究現(xiàn)狀

    1.4 本文主要工作

第二章 宏觀內(nèi)聚力區(qū)牽引-分離曲線測量方法

    2.1 改進(jìn)的場投影法算法基本原理

    2.2 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

    2.3 緊湊拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)

    2.4 誤差分析

第三章 宏觀內(nèi)聚力區(qū)模型參數(shù)測量結(jié)果與分析

    3.1 纖維含量為49%云杉/PP試件計(jì)算結(jié)果

    3.2 纖維含量為20%云杉/PP試件計(jì)算結(jié)果

    3.3 玻璃纖維/PU試件計(jì)算結(jié)果

    3.4 宏觀內(nèi)聚力區(qū)牽引-分離關(guān)系結(jié)果討論

    3.5 彈性模量與積分路徑對(duì)CZM牽引力測量結(jié)果的影響

    3.6 誤差分析

第四章 宏觀能量釋放率與纖維基體界面CZM參數(shù)表征

    4.1 能量釋放率計(jì)算方法

    4.2 能量釋放率計(jì)算結(jié)果與比較

    4.3 云杉/PP纖維基體界面CZM參數(shù)的表征

第五章 總結(jié)與展望

    5.1 總結(jié)

    5.2 展望

參考文獻(xiàn)

發(fā)表論文和參加科研情況說明

致謝

 

 

參考文獻(xiàn)

 

期刊論文

 

[1]數(shù)字散斑相關(guān)方法與應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 王懷文,亢一瀾,謝和平.  力學(xué)進(jìn)展. 2005(02)

[2]改進(jìn)植物纖維/熱塑性塑料復(fù)合材料界面相容性的技術(shù)進(jìn)展[J]. 鄭玉濤,陳就記,曹德榕.  纖維素科學(xué)與技術(shù). 2005(01)

[3]復(fù)合材料斷裂力學(xué)研究現(xiàn)狀與趨勢[J]. 張雙寅.  力學(xué)進(jìn)展. 1987(01)

 

碩士論文

 

[1]實(shí)驗(yàn)與數(shù)值混合法確定短纖維復(fù)合材料宏微觀內(nèi)聚力模型參數(shù)[D]. 張曉旭.天津大學(xué) 2013

[2]實(shí)驗(yàn)與數(shù)值混合法研究植物短纖維復(fù)合材料的斷裂與增韌行為[D]. 梁冬超.天津大學(xué) 2013