文档介绍：中图分类号:TB332 论文编号:1028701 13-S066
学科分类号:080104

硕士学位论文

三维编织复合材料的热粘弹性能研究

研究生姓名蔡永明
学科、专业工程力学
研究方向复合材料结构力学
指导教师孙慧玉教授

南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一二年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering

Study on Thermo-viscoelastic Properties of
Three-Dimensionally posites

A Thesis in
Engineering Mechanics

by
Cai Yongming
Advised by
Prof. Sun Huiyu

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
随着树脂基三维编织复合材料在长时和变温环境中的广泛应用,对其热粘弹性能的研究变
得非常重要。本文针对三维编织复合材料的热粘弹性能主要做了以下工作:
首先,将三维编织复合材料划分为三细胞结构,将编织纱线划分为周期性的代表体积单元,
建立了三维编织复合材料的多尺度力学模型。并在多尺度力学模型中引入了适用于有限元分析
的周期性边界条件。
其次,基于多尺度有限元模型,通过树脂基体的粘弹性参数和纤维的弹性常数,导出纱线
的三维粘弹性本构关系。然后根据纱线的粘弹性本构关系和基体的粘弹性参数导出内胞的三维
粘弹性本构关系。将数值预测的结果与粘弹性实验进行了比较,结果表明,预测结果与实验值
相符得很好。本文还分析了编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料粘弹性响应的影响。
再次,通过三维编织复合材料在不同温度下的松弛模量,得到了三维编织复合材料的时温
等效关系。引入等效热膨胀系数假设,导出了三维编织复合材料的热粘弹性本构关系。并且研
究了三维编织复合材料在不同恒温和不同变温历史下的热粘弹性变形特性。
最后,研究了三维编织复合材料在交变应力载荷作用下的粘弹性应变响应。根据三维编织
复合材料的蠕变柔量推导出复柔量,并讨论了复柔量与角频率的关系。基于三维编织复合材料
的时温等效关系和等效热膨胀系数假设,导出三维编织复合材料在热和交变应力载荷作用下的
稳定应变响应。通过与有限元分析结果的比较可得,本文导出的三维编织复合材料动态热粘弹
性响应与有限元分析的结果非常吻合。本文还讨论了编织角和纤维体积含量对三维编织复合材
料动态热粘弹性能的影响。

关键词:三维编织复合材料;多尺度模型;热粘弹性;本构关系;动态响应;周期性边界;有
限元方法

本文的研究工作得到了国家自然科学基金项目(10972101)的资助。
本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
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三维编织复合材料的热粘弹性能研究
Abstract
It is very important to study the thermo-viscoelastic properties of three-dimensionally resin
matrix posites, since they are widely used in the long term and variable-temperature
environment. In this dissertation, the thermo-viscoelastic pro