三维编织的弹性纤维复合材料的性能数值计算及应力分布 |
一、 实验名称:三维编织的弹性纤维复合材料的性能数值计算及应力分布 学时数:4学时 面向专业:纺织工程 二、 实验目的 三维编织复合材料是利用编织技术首先将增强纤维织造成三维整体织物,再和基体(包括树脂、碳、碳化硅、金属等)复合,从而制成复合材料制件,所以在三维编织复合材料制件中没有层的概念。编织结构复合材料以纤维预成型件作为增强体,从根本上消除了单向和层压复合材料层间强度低、易分层、抗冲击性能差、开裂和损伤容限低等缺点和不足,能大幅度提高复合材料的强度和刚度,并可显著提高复合材料韧性,因此,在高性能复合材料方面的应用越来越广泛。纤维编织体作为复合材料的增强和增韧相,其编织结构对复合材料的性能有着重要影响。但是,三维编织的纤维复合材料其编织工艺、材料的选用以及力学性能的表征等问题都是现有实验教学设备所不能完全覆盖的。 本仿真实验要求:用有限元法(COMSOL 4.2a)预测三维编织复合材料的有效弹性性能。在二步法方型三维编织复合材料细观结构大单胞模型的基础上, 考虑复合材料中纤维束的连续性及其空间的交织效应,分析计算轴向弹性模量和泊松比。 三、 现有设备及台套数 现有正版仿真软件COMSOL 4.2a一套,主机/客户机运行许可4个,可同时在5台电脑运行仿真计算模块。 四、 实验内容 利用有限元法(COMSOL 4.2a)预测二步法三维编织复合材料的有效弹性性能。 在二步法方型三维编织复合材料细观结构大单胞模型的基础上, 考虑复合材料中纤维束的连续性及其空间的交织效应。同时, 以轴向拉伸性能测试试样为对象, 应用有限元软件的结构静力分析部分计算轴向弹性模量和泊松比, 并比较数值计算结果与实验结果。 五、 代表性实验结果
图1 三维四向纤维编织物(a)及其断面(b)。
图2 三维(2.5D)纤维编织物(a)及其断面(b)。 |