文档介绍：分类号: 学校代码: 10128
U D C : 学号: 20101065
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硕士学位论文
类别: 全日制硕士研究生
题目: 显微光弹性法对纤维增强树脂基复合材料界
面残余应力的研究
英文题目: Study on interfacial residual stress of
resin-based fiber-posite
under the microscopic Photoelasticity
method
研究生:温辉辉
学科名称: 固体力学
指导教师: 邢永明( 教授)
二○一三年四月
内蒙古工业大学硕士学位论文
原创性声明
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第一章引言
内蒙古工业大学硕士学位论文
摘要
硼纤维/环氧树脂基复合材料是一种高性能的连续纤维增强复合材料,由于增强
纤维和树脂基热膨胀系数以及弹性模量的差异,复合材料由高温冷却到室温的过程
中,树脂基与纤维增强体界面附近的热残余应力场就会产生,此残余应力场会对复合
材料的力学性能产生影响。本实验所用的硼纤维/环氧树脂基复合材料中硼纤维是按
0°、90°的规律排列的,其本身的残余应力场是一个自平衡均匀的应力场,界面附近
的应力状态复杂。
本文运用显微光弹性实验和纤维推出相结合的方法,在细观尺度上研究纤维增强
树脂基复合材料界面处的热残余应力。首先,应用 PJ20 型光弹仪得到四点弯曲梁和
对径受压圆盘的光弹图片,用 Matlab 对得到的四点弯曲梁图像进行处理并得到彩色
条纹的 RGB 值和对应点的条纹级数 N,然后应用 BP 神经网络对以上所得数据进行
训练。在神经网络训练完成后,首先对梁本身并未用于训练的部分数据进行预测,其
结果与理论值吻合良好。然后应用对径受压圆盘对所得神经网络进行验证,因为圆盘
的对称性,取圆盘的一半为研究对象,可以得到其条纹级数的分布规律与理论值的分
布规律大致相同。
最后将在透射偏光显微镜下得到硼纤维/环氧树脂基复合材料的光弹性图片运用
于神经网络,这样可以得到纤维在推出前后条纹级数的变化规律。在纤维未推出时,
两根纤维之间的树脂基条纹级数的分布规律是靠近两边增强纤维界面处的条纹级数
较两根纤维中间部分的条纹级数要大,但是两根纤维界面处的条纹级数并不相同,中
间部分条纹级数分布均匀。当同时推出两根相邻的纤维时,两根纤维之间树脂基的条
纹级数都减小,但中间部分的条纹级数会比界面处的条纹级数稍大一些,且两根纤维
界面处条纹级数比较接近,趋近于零。
最后是应用有限元软件 ABAQUS 对纤维增强树脂基复合材料界面的热残余应力
场进行数值模拟,在数值模拟的结果中,选定某一截面取出截面上某一直线的应力值,
进行计算得到两根纤维之间应力的曲线,与实验结果比较,可以得到其应力的规律与
Matlab 中得到的规律基本一致。
关键词:复合材料;热残余应力;显微光弹性法;图像处理;BP 神经网络
内蒙古工业大学硕士学位论文
Abstract
The boron fiber reinforce epoxy posite is a continuous fiber reinforced resin
posite with high performance. Because