文档介绍：中图分类号:TB332 论文编号:1028701 13-S047
学科分类号:080104

硕士学位论文

三维面芯四向编织复合材料细观结构
与力学性能研究

研究生姓名朱晶晶
学科、专业工程力学
研究方向工程问题的力学建模与数值仿真
指导教师周光明教授

南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二〇一二年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering

Research on Micro Structure and Mechanical
Properties of 3D Face-Core posites

A Thesis in
Engineering Mechanics

by
Zhu Jingjing
Advised by
Prof. Zhou Guangming

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

December, 2012
承诺书

本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下
进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注
和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的
研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机
构的学位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)

作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
三维编织复合材料具有良好的结构设计性、优越的机械性能、较高的性价比和很强的仿形
能力。因此,三维编织复合材料作为一种结构材料受到广泛的关注,并已在航空、航天、生物
医学工程以及汽车工业等领域得到了广泛的应用。
三维面芯四向编织复合材料是在普通三维编织复合材料结构基础上提出的新型结构材料,
它既具有普通三维编织复合材料的性能特点,又有着自身性能上的优势,在未来新材料的应用
中将起到至关重要的作用。为了更加有效的设计和使用三维面芯四向编织复合材料,需对它们
的真实细观结构和力学性能进行深入的研究。
本文对三维面芯四向编织复合材料提出了一种单胞划分方法,并建立其细观几何模型和有
限元模型;根据所建立的模型采用刚度平均法和有限元法预测了其力学性能,并与实验数据进
行了对比分析。主要研究内容可分为以下三个部分:
第一、根据纱线的编织原理,建立了一种三维面芯四向编织复合材料力学模型,用体积平
均化的方法分析了三维面芯四向编织复合材料的弹性性能。并与实验结果进行对比,验证分析
模型和分析方法的合理性。
第二、建立三维面芯四向编织复合材料的单胞有限元模型,并施加用周期性边界条件以保
证单胞边界面的应力连续和位移连续。分别采用最大主应力准则和蔡-吴张量准则判断基体和纤
维材料的失效模式,并通过用户自定义材料(User-defined material, UMAT)子程序实现损伤单
元的刚度折减,模拟拉伸工况下的损伤过程,预测材料的拉伸强度。
第三、研究三维面芯四向编织复合材料的RTM 成型工艺,结合改进的螺旋式树脂注射装
置,制备了符合要求的三维面芯结构试验件并进行了拉伸实验,分析实验现象及实验数据,验
证有限元分析的结果及本文模型和分析方法的合理性。

关键词:三维面芯,编织复合材料,细观模型,力学性能,有限元方法,实验研究

本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。

I
三维面芯四向编织复合材料细观结构与力学性能研究
ABSTRACT
Three dimensional posites have good structure designable ability, excellent mechanism
performance, low cost and strong capacity in simulating shapes. 3D posites with different
figures h