摘要：复合材料与金属材料相比具有较高的抗冲击性、比强度、比模量、优越的抗疲劳性能、耐腐蚀性、抗振动性，二维机织复合材料良好的可设计性，可以大大减轻因铺层带来的繁琐劳动和铺层错误，在航空航天、军事等领域都得到了广泛运用。复合材料的力学性能在很大程度上取决于其细观结构，内部纤维束几何构型、交织及走向均对其力学性能有很大的影响。由此，根据材料参数准确预测其力学性能是复合材料投入实际运用的前提，基于有限元技术，建立复合材料细观结构有限元模型，通过数值运算预测复合材料弹性性能，成为较为实用的策略。然而，复合材料尤其是二维机织复合材料内部细观结构高度非均匀，导致单胞模型基体域形状不规则，基体网格奇异性严重，需要花费大量的计算机资源对基体区域进行计算，还很难保证纤维与基体域之间能够很好的共节点。本论文提出了新的有限元建模策略—域分解策略用于探讨纤维增强复合材料的弹性性能。域分解策略与传统代表体元法的有限元建模不同，前者不再建立精细的纤维与基体模型，而是分别建立复合材料单胞整体域与纤维域模型，整体域是真实基体体积与纤维体积的叠加，两区域网格独立剖分，互不影响。采取MSC. Nastran中的多节点约束Exppcit或者RBE3，在整体域与纤维域节点之间建立位移协调来模拟纤维和基体单元的位移函数联系，以而实现了两区域的耦合计算。运用有限元软件MSC.Patran及其参数化语言PCL能够方便快捷地实现所有纤维域节点与整体域节点之间多节点约束的建立。本论文基于域分解策略预测纤维增强复合材料单向带T300/BSL914C(环氧树脂)和AS4/3501-6(环氧树脂)的弹性常数，计算结果表明：域分解策略预测的纤维增强复合材料单向带主要弹性常数与试验值吻合良好，表明域分解策略不仅可以大大简化纤维增强复合材料细观力学建模的复杂性，而且可以准确预测纤维增强复合材料单向带的弹性性能。本论文还探讨了不同纤维体积含量下，域分解策略预测纤维增强复合材料单向带的弹性常数的变化走势，结果表明，随纤维体积含量增加，弹性常数E_z、E_x、G_zx、G_(xy)、v_(xy)呈上升走势，泊松比vzx呈降低走势，变化幅度不同。本论文进一步基于域分解策略探讨二维平纹、缎纹和斜纹机织复合材料的弹性性能。计算结果表明：采取域分解策略预测的二维平纹、缎纹和斜纹机织复合材料主要弹性常数与试验值吻合较好，表明域分解策略预测二维平纹、斜纹、缎纹机织复合材料弹性常数的正确性以及二维机织复合材料单胞模型的合理性。本论文还探讨了不同纤维体积含量下，域分解策略预测二维平纹机织复合材料的弹性常数的变化走势，结果表明，随纤维体积含量增加，模量E_x、E_z、G_(xy)、G_(xz)呈上升走势，泊松比v_(xy)、vxz呈降低走势。关键词：机织复合材料论文重合网格法论文域分解策略论文弹性性能论文多节点约束论文
摘要5-7
ABSTRACT7-11
第一章 绪论11-20
1.1 探讨背景与作用11-12
1.2 国内外探讨近况12-18
1.3 本论文探讨主要内容18-20
第二章 域分解策略20-45
2.1 有限单元法20-29
2.1.1 有限元基本原理20-21
2.1.2 等参单元21-24
2.1.3 单元形函数24-29
2.2 多节点约束29-34
2.2.1 MPC 论述基础及运用29-30
2.2.2 MPC 分类30-34
2.3 纤维增强复合材料应力应变联系34-37
2.3.1 一般各向异性材料应力应变联系34-35
2.3.2 正交各向异性材料应力应变联系35-36
2.3.3 各向同性材料应力应变联系36-37
2.4 域分解策略37-44
2.4.1 域分解区域耦合技术38-40
2.4.2 纤维域节点及整体域单元对应联系判定40-43
2.4.3 材料属性耦合联系43-44
2.5 本章小结44-45
第三章 域分解策略探讨纤维增强复合材料单向带弹性性能45-64
3.1 纤维增强复合材料单向带几何模型45-46
3.2 纤维增强复合材料单向带单胞模型46-49
3.3 材料属性49-50
3.4 弹性常数50-59
3.4.1 纵向弹性模量 Ez50-52
3.4.2 横向弹性模量 Ex、Ey52-53
3.4.3 纵向剪切模量 Gxz、Gyz53-55
3.4.4 横向剪切模量 Gxy55-57
3.4.5 主泊松比 vzx、vzy57-58
3.4.6 泊松比 vxy58-59
3.5 参数化探讨59-63
3.6 本章小结63-64
第四章 域分解策略在二维机织复合材料中的运用64-89
4.1 二维机织复合材料64-66
4.2 二维平纹机织复合材料66-78
4.2.1 二维平纹机织复合材料单胞模型66-71
4.2.2 材料属性71-72
4.2.3 弹性常数72-74
4.2.4 参数化探讨74-78
4.3 二维斜纹机织复合材料78-83
4.3.1 二维斜纹机织复合材料单胞模型78-81
4.3.2 材料属性81
4.3.3 弹性常数81-83
4.4 二维缎纹机织复合材料83-88
4.4.1 二维缎纹机织复合材料单胞模型83-86
4.4.2 材料属性86
4.4.3 弹性常数86-88
4.5 本章小结88-89
第五章 总结与展望89-92
5.1 主要结论89-91
5.2 探讨展望91-92
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