整体中空复合材料有限元模型的建Ａ／李鸿顺等?２６５?整体中空复合材料有限元模型的建立。
李鸿顺，曹海建，钱坤，俞科静
（江南大学纺织服装学院，无锡２１４１２２）
摘要采用有限元法对整体中空复合材料进行计算机模拟，利用ＡＮＳＹＳ分析软件建立了整体中空复合材料的有限元模型，并模拟了压缩、剪切和弯曲过程中的应力分布情况，为材料的优化设计提供依据。由于其在设计、织造、成型等过程中各类参数的变化，该模型还需根据实际情况不断地调整与修正。
关键词整体中空复合材料有限元ＶｏｎＭｉｓｅｓ力学性能
中图分类号：ＴＢ３３２
ＴｈｅＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＨｏｌｌｏｗＣｏｒｅＳａｎｄｗｉｃｈＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＬＩＨｏｎｇｓｈｕｎ，ＣＡＯＨａｉｊｉａｎ，ＱＩＡＮＫｕｎ，ＹＵＫｅｊｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅｓ＆Ｃｌｏｔｈｉｎｇ，ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４１２２）
ＡｂｓｔｒａｃｔＡｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｏｌｌｏｗｃｏｒｅｓａｎｄｗｉｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＡＮＳＹＳｓｏｆｔ—ｗａｒｅｉｓＵＳｅｄｔＯｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｓｈｅａｒａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｏｌｌｏｗｃｏｒｅ．ｓａｎｄｗｉｃｈｃｏｍｐｏ－ｓｉｔｅ．ＴｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｓｉｍｕｌａｔｅｄｔＯｐｒｏｖｉｄｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎ．１ｍｅｍｏｄｅｌｗｉｌｌｂｅａｄｊｕｓｔｅｄａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｃｏｎｓｔａｎｔｌｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｃｔｕａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅｉｎｄｅｓｉｇｎ，ｗｅａｖｉｎｇａｎｄｍｏｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．
ＫｅｙⅥ叼ｒ蠡ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｏｌｌｏｗｃｏｒｅｓａｎｄｗｉｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ。ＶｏｎＭｉｓｅｓ。ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ
０引言
整体中空复合材料［１］是近年来新兴的一种三维机织复合材料，采用特殊的成型工艺，将纤维面板与芯材交织联结在一起，面板和芯材成为一个整体结构。整体中空复合材料克服了传统夹层材料如蜂窝、泡沫夹层复合材料易分层、不耐冲击的弱点，具有强度大、刚性好、缓冲、保温、隔热、隔音等众多优点。已有一些学者进行了研究并取得了一些成果［２．５］，为该材料在航空航天、船舶、汽车、建筑、化工及其它领域的应用奠定了基础。
计算机模拟是材料领域性能研究与应用的一个新方向。随着计算机技术的不断发展，计算机在产品的开发、设计与分析方面的应用日趋成熟，有限元法是最常采用的方法之一［６－ｓ］。将有限元分析与实验相结合。大大简化理论分析，对整体中空复合材料的分析与应用将会起到积极的推动作用。但整体中空复合材料的变形和破坏是一个很复杂的过程，包含了材料非线性和结构非线性变形，要想得到一个较理想的分析结果，需要一个长期的、渐进的过程。因此，目前关于整体中空复合材料的有限元分析还处于初级阶段。
本文采用ＡＮＳＹＳｒ钆１０］分析软件建立了整体中空复合材料的有限元模型，利用有限元法对整体中空复合材料的力学性能与破坏机理进行预测分析。及破坏机理分析中的运用，有利于该材料的进一步研究与推广。
１结构分析
整体中空复合材料力学性能的研究首先从其织物的几何结构人手，因为细观几何结构决定复合材料的性能。整体中空夹层织物由上、下层织物和接结纱组成，接结经纱起隔离和支撑面板的作用，既参与上层织物的交织，又参与下层织物的交织，从而使其获得很好的整体性能。织物在没有浸人树脂之前，纤维是呈倒伏状的，在复合过程中，树脂由于毛细作用渗入到纤维之间。使纤维柬具有一定的刚度。因而芯材会自行站立，但在成型过程中没有外力的拉伸作用，故芯材不能完全直立，而是呈屈曲状，如图１（ａ）所示，在经向形成较为规则的“８”字形。在纬向，两根相邻的接结纱由于树脂的作用粘附在一起，形成芯柱，从而形成等间距的柱状形态，如图ｌ（ｂ）所示。
该研究促进了有限元法在整体中空复合材料力学性能Ｆ喀ｌ
图１整体中空复合材料经纬向截面
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｈｏｌｌｏｗｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓａｍｔｗｉｅｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
＊江苏省科技支撑计划（工业）项目（ＢＥ２００８０１７）
李鸿顺：男，１９８３年生，硕士，助理工程师，主要从事复合材料方面的研究Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｅｌｌｙ４３１９＠１６３．ｃｏｒｎ万方数据