三维编织复合材料弹道冲击性能的有限元分析

三维编织复合材料细观结构与力学性能分析三维编织结构复合材料作为一种新型高级的复合材料，在国外得到迅速的发展，而国内对于这种结构复合材料的研究相对较少。

本文采用控制体积单元法与试验观察相结合的方法研究了三维编织复合材料的细观结构，并采用数值计算方法分析了三维编织复合材料的弹性性能，具有一定的理论价值和实际工程意义。

三维编织结构复合材料是完全整体、连续、多向的纺线(纤维束)的网络，充填以延性材料，这类新材料已失去通常复合材料的层合板概念，由此，层合板复合材料层间脆弱的致命弱点在编织结构复合材料中得到克服，所以编织结构复合材料具有高的强度和刚度(包括在厚度方向)，接近实际形状的制造，高的冲击韧性、高的损伤阻抗，和按实际设计要求的特定的航空航天方面的使用功能，因而广泛地受到工业界和学术界的关注。

文中从三维编织物的编织工艺入手，得到编织复合材料的几何结构，建立了织物纱线构造模型(FAM-Fabric Architecture Model)，进而分析其力学性能；另外，通过试验研究了这种复合材料的力学性能。

主要的研究内容包括以下几个方面：系统地研究了采用四步法1×1方型编织工艺编织的预成形件及其增强的复合材料的细观结构。

提出了纱线椭圆形横截面假设，考虑了编织纱线的细度和编织纱线填充因子的影响。

根据编织过程中携纱器的运动轨迹特点，将预成形件划分为三个不同的区域，分别定义了不同的控制体积单元，识别了预成形件的两种局部单胞模型，分析了预成形件的纱线构造，并导出了编织结构参数之间的关系，同时给出三维编织复合材料的设计方法。

主要的编织结构参数包括试件的外形尺寸、主体纱行数和列数，三个区域各自所占的体积百分比、编织纱线的细度、纱线填充因子、纤维体积含量、编织角以及编织花节长度。

以精确的复合材料单胞模型为基础，从最小的可重复的单胞入手，对单胞的结构进行简化分析，认为纤维是平直的，将单胞中的四个不同方向的纤维束看成是空间四个不同方向的单向复合材料，纤维束的性能可以等价于单向复合材料的宏观性能。

三维编织复合材料弹道侵彻准细观层次有限元计算
顾伯洪;徐静怡
【期刊名称】《复合材料学报》
【年(卷),期】2004(021)003
【摘要】三维编织复合材料相比于层合复合材料有较高的层间剪切强度和断裂韧性,因而具有更高的冲击损伤容限.用钢芯弹对三维编织复合材料作弹道贯穿测试,得到弹体的入射速度和剩余速度,并考察侵彻破坏模式.目前对三维编织复合材料弹道侵彻性能计算主要建立在连续介质假设上,从真实细观结构计算三维编织复合材料弹道冲击性能尚有一定难度,用三维结构复合材料的纤维倾斜模型在准细观结构层次上分解三维编织复合材料,就其中的一块倾斜单向板作弹道侵彻有限元计算,由弹体动能损失得到贯穿整个复合材料靶体后弹体的剩余速度.有限元计算及与弹道测试结果的比较证明在准细观层次上计算三维编织复合材料弹道冲击性能的有效性.【总页数】7页(P84-90)
【作者】顾伯洪;徐静怡
【作者单位】东华大学,纺织学院,上海,200051;东华大学,纺织学院,上海,200051【正文语种】中文
【中图分类】TB330.1;TM25
【相关文献】
1.基于细观混凝土模型的刚性弹体正侵彻弹道偏转分析 [J], 邓勇军;陈小伟;姚勇;杨涛
2.刚性弹正侵彻细观模型混凝土靶弹道偏转因素分析 [J], 杨涛;姚勇;邓勇军;周晶;吴晓凤
3.三维编织复合材料弹道冲击细观结构模型的有限元计算 [J], 练军;顾伯洪
4.三维编织复合材料抗侵彻性能--准静态侵彻实验与弹道侵彻有限元计算的对比[J], 顾伯洪;丁辛
5.刚性弹体侵彻/贯穿有限厚钢筋混凝土靶的弹道预测 [J], 武海军;张雪岩;张爽;黄风雷
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横向冲击下三维纺织结构复合材料动态响应及有限元计算
的开题报告
题目：横向冲击下三维纺织结构复合材料动态响应及有限元计算
研究背景与意义：
近年来，复合材料由于其重量轻、比强度高、耐磨性好等优点而在军事、航空、航天、汽车和体育器材等领域得到了广泛的应用。

横向冲击是一种常见的外界动载荷形式，其强度和作用时间对复合材料结构的破坏具有重要影响。

因此，对于横向冲击下带有三维纺织结构的复合材料进行动态响应的研究，有助于揭示其受力机理，提高其设计和应用能力。

研究内容和方法：
本文将采用理论分析和有限元方法相结合的方式，研究横向冲击下带有三维纺织结构的复合材料的动态响应。

具体研究内容包括以下几个方面：
1. 探究三维纺织结构对复合材料动态响应的影响机理。

2. 基于理论分析和数值模拟，研究不同冲击强度和持续时间对三维纺织结构复合材料的破坏特性的影响。

3. 利用有限元软件建立三维纺织结构复合材料动态响应的数值模型，对其进行数值模拟和参数分析，阐明不同因素对其动态响应的影响。

预期成果：
通过本文的研究，可以深入了解三维纺织结构复合材料在横向冲击下的动态响应规律和破坏机理，为复合材料的设计和应用提供科学依据。

同时，本文的研究方法和理论，对于其他复合材料结构的动态响应及其有限元模拟研究也具有参考价值。

复合材料学报第22卷　第5期 10月　2005年A cta M ateriae Co mpo sitae SinicaVo l .22N o .5O ctober2005文章编号:1000-3851(2005)05-0155-07收稿日期:2004-11-09;收修改稿日期:2005-01-07基金项目:航空科学基金资助项目(04B51045)通讯作者:卢子兴,教授,主要研究方向为复合材料力学、泡沫材料力学　E -m ail :lu zixing @buaa .edu .cn三维四向编织复合材料力学性能的有限元分析杨振宇1,卢子兴1,*,刘振国1,李仲平2(1.北京航空航天大学固体力学研究所,北京100083;2.航天材料工艺研究所,北京100076)摘　要:　在已有研究的基础上,提出了一个新的三维编织复合材料单元胞体模型,该模型正确地反映了纤维束的交织方式,十分接近三维编织复合材料的真实结构,可用于三维四向编织复合材料有效模量的有限元数值预报,并合理确定复合材料内部全场应力分布。

采用有限元软件对该模型进行了力学分析,得到了相关等效弹性性能参数。

结果表明:有限元计算得到的三维编织复合材料的等效弹性性能与实验结果和理论预测值都吻合较好,从而验证了该模型的有效性。

此外,基于新的单元胞体模型还确定了三维四向编织复合材料的应力场,为进一步的强度计算奠定了基础。

关键词:　三维编织;复合材料;有限元;等效弹性性能;应力场中图分类号:　T B 330.1 文献标识码:AFINITE ELEMENT ANALYS IS OF THE MECHANIC ALPROPERTIES OF 3-D BRAIDED C OMPOSITESYANG Zhenyu 1,LU Zixing1,*,LIU Zhenguo 1,LI Zhongping2(1.Institute of Solid M echanics ,Beijing U nive rsity o f A eronautics and A stro nautics ,Beijing 100083,China ;2.I nstitute o f S pace M aterial Technolo gy ,Beijing 100076,China )A bstract :　O n the basis of av ailable studies ,a new mo del of representa tive v olume elements o f 3-D braided com -posite s is pro po sed ,which truly reflects the braided manner and co incides with the actual co nfigura tion o f the brai -ded co mpo sites.It can be used to predict the effective modulus of 3-D braided com po sites with F inite Element M e th -o d (FEM )a nd determine its stre ss field in reason.T he finite element so ftw are was ado pted to study the mecha nical propertie s of this mo del ,and the effective pr opertie s of elasticity we re obtained.T he results sho w that the o ne s o f finite element calculatio n fit well with the ex perimental re sults and theo retical predictio n ,w hich demo nst rates the validity o f this mode l.I n additio n ,based o n the new model ,the stress field of 3-D braided co mpo sites in tension o r shearing is determined ,w hich pro vides the basis fo r streng th calcula tion in the future.Keywords :　three dimensional braiding ;compo site s ;FEM ;effective elastic pro pe rties ;stress field 随着计算机应用的普及和各种有限元计算方法及理论的发展,用有限元分析来预报复合材料力学性能的工作不断涌现,但相对而言,对编织复合材料的力学计算还不多见,且由于编织复合材料结构的复杂性,所以目前的分析模型一般均包含有较多的脱离实际的假设。