文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
碳/碳编织复合材料微结构设计与计算
姓名:李鹏飞
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:李旭东
20100414
摘要碳/碳编织复合材料因具有高比强度、高比刚度,优异的高温性能、出色的抗冲击损伤能力以及对开裂和损伤扩展不敏感等特点,而广泛应用于航空航天领域,同时也成为材研究料领域的热点。然而,现存的以试验作为基础的研究方法效率较低,成本较高,且宏观试验对于微观性能表征不足,无法本质性的诠释碳/碳编织复合材料的性能。基于以上问题,本文以数值技术为先导从碳/碳编织复合材料的微观组织结构入手,从组成物的角度上来分析材料的结构,研究材料的性能。以期为碳/碳编织复合材料结构的优化和性能的表征提供理论支持和数据参考。本文研究的主要内容如下:第一,在代表性体积单元P偷幕∩辖ú牧衔⒐鄢叨壬系娜毕葑为主要的研究对象,评测碳/碳编织复合材料中不同缺陷对其力学性能的影响,对比不同缺陷的危害程度。然后将多种缺陷混合夹杂,模拟实际生产中可存在的缺陷情况。预测在多种缺陷夹杂状态下材料力学性能的变化,来研究材料中缺陷对于整体材料力学性能的影响。第二,碳/碳编织复合材料一般都具有异质性特点,为模拟该特性,对模型进行改进,引入各向异性界面和不均匀的基体。分析异质性对其力学性能的影响,并在异质性模型的基础上添加缺陷,计算缺陷导致的力学性能变化,得到最后,对碳/碳编织复合材料进行微结构优化,在代表体积单元刑崛纤维单丝及其周围界面作为研究对象,称之为碳纤维单丝及界面P汀=纤维提取处的露瘸〖扑憬峁坛械紺模型局部坐标之下,利用有限元方法进行顺序热力耦合计算。在局部柱坐标下得出P椭心擅撞畚恢酶呶孪碌应力分布状态,评估咬合力,分析纳米槽对结合性能的影响性,评判微结构优化关键词:碳/碳编织复合材料、微结构、力学性能、缺陷、异质性、微结构缺陷影响性理论。的可行性。优化硕宦畚
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作者龆为危纱嗍护卢年占月罗日作者签名:乃南纱日期护房年日导师签名力牡彳、吼¨晖石月夕日兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明学位论文版权使用授权书收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文
第绪论引言复合材料简介正是由于其优越的性能,碳/碳编织复合材料得到了广泛的应用。早在年代它就被用于洲际导弹弹头的端头帽和固体火箭发动机喷管喉衬。最近年,碳物理化学特性。而碳/碳复合材料力学性能主要依靠预制体的细观结构和碳纤维的随着计算机技术和数值模拟手段的日益丰富和完善,对于碳/碳编织复合材料效率,降低了研究成本,同时将研究深化到微观层面,为复合材料研究提供里新科学技术的发展日新月异,高科技产品必然需求高性能材料。然而单一材料因其固有特性总是在在强度上、韧性上,综合性能指标等方面存在不足。当单一材料无法满足研究和实际工程需要时,就需要借助多种材料各自优势,相互配合,性、导电和导热性等等诸多方面都存在优势。更重要的是,复合材料还具有可设碳/碳编织复合材料是碳纤维增强的复合材料,它既综合了碳材料与复合材料的优异性能,如具有极好的生物相容性】,质量轻、高比强、高比刚、抗烧蚀、耐摩擦、抗热震、低蠕变的特点痹谔枷宋嘀峁沟脑銮孔饔孟掠志有独特的性能,如抗冲击损伤性能良好、抗分层、垂直结构方向强度高、开裂不敏感、损伤扩展慢等等。这是其它材料所无法比拟的独特性能【俊/碳复合材料作为宇宙飞行器的结构材料,也得到了人们的承认‘碳/碳复合材料优良品质来自其预制体的细观结构特征和碳纤维及碳基体的力学性能。碳/碳编织复合材料是空间的编织结构,编织微结构的性能最终决定了复合材料整体的力学性能。因此,对于碳/碳复合材料微结构设计与计算,具有极其重要的实用意义和研究价值。的研究已经不再局限于以传统的实验为基础,数值技术的应用大大提高了研究的的领域和视角。本文就是依靠有限元方法和数值技术,对碳/碳编织复合材料的微结构进行设计与分析,