文案力學(xué)大會2015集s1211

中國力學(xué)大會-，并考慮雙向編織纖維束在任意角度下的編織狀況和相互作用，建立了預(yù)測平面斜交編織復(fù)伸強度的細觀力學(xué)模型，采用能量法，求解胞體單元中的編織布的拉伸應(yīng)變和彈性模量，并根據(jù)混合準則獲得平面斜交編織復(fù)合材料的拉伸模量。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)強度理論和組分材料（纖維束和基體）破壞強度，分析了平面斜交編織復(fù)合材料的拉伸強度。最后，將理論模型的預(yù)測結(jié)果和文獻試驗數(shù)據(jù)進行對發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵詞雙向斜交，編織，復(fù)合材料，細觀力學(xué)，拉伸強1）email: 是Ishikawa和Chou[1,2]，基于經(jīng)典的層合理論，他們先后提出了三種分析模型：鑲（MosaicModel）、正弦波紋模型（CrimpModel）、架橋模型級分解方案來分離單胞以及多級均質(zhì)化處理來預(yù)測彈e4]提出了一種名胞連續(xù)計算單胞在外載下的位移，但僅適用于基體與纖維等5提出了一種平行四邊形模型，運用有限元方法研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對彈Xiong等6通過能量法預(yù)測了平面正交編織復(fù)合材料的彈性模量，通過試驗驗證了預(yù)測結(jié)發(fā)現(xiàn)張超7]提出了二維二軸11和22編織復(fù)陣的方向轉(zhuǎn)換和體積預(yù)測了二維二軸編織復(fù)合材料的彈性性能，數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。高軍鵬8在建立平面正交編織復(fù)合材料幾何模型的基礎(chǔ)過有限元方法研究了間隙率對平面編織復(fù)合材料疊層彈細觀力學(xué)模型，采用能量法，求解單胞內(nèi)的未知內(nèi)力，根據(jù)強度理論和組圖1平面斜交編織復(fù)合材 圖2彎曲梁的波動狀z=

2L可知任意位置彎曲梁的轉(zhuǎn)角 πx πx

4Lsin2L tanθ=

1+tan2θ

2πx

1+16L2sin2L 圖4近似纖維束截面形 圖5單胞選取方過渡，纖維束的截面最大寬度w，厚度為h。可由此計算纖維束截面的幾何性質(zhì)，得到h44

Iz=

2 I=I+ 不定問題。遂取單胞內(nèi)的一根梁單獨考慮，由受力分析可知，梁的內(nèi)力主要有軸N圖6單胞受力分 圖7單胞面內(nèi)分F=P1sinα+P2

(h-z)+T +-可知這個靜不定結(jié)構(gòu)中有四個未知內(nèi)力MM1QT。采用最小余能能量定理求解多余未知力，首先得到單胞的總余能表達式，Ji代表計算中間變量，可參見附錄A。N2

M2

M2

*=4

dl+ dl+2 dl+

dl

2EI

2GI 12

2

2

dx

2L =

N(x)+

M1(x)+0M2(x

+0

cosθ

cosθI

S1 =?=

S1 1 N ?*=

2MJ+F

F

NJ

)T

J) 6+12+25+28)+2M1(J5+J23+ 13

29? F(J+J)+2Q(J+J)+ ? ? ?

M F J2-4J( M F

J14(3 Q=J2- (J+J) +J)2-4(J+J+J

F

-

T

24

29 +J)-4(J+J+

+=2+

cosα

sinα ? D1 sin+??

D2 sin σ

ε 4L1 1

PDE=D

tanα=hPsin2αJ

+

-sinαcosαJ 35為便于比較驗證P20時，即可得到，纖維編織布在單向拉伸作用下的橫向拉==

34sin2α+hJ35E ''、橫向及縱向泊松比 E' htanαsin2αJ+cos2αJ 34 D sinαcosα( xy=-D ==

1P2D1

=yx=-D

1 2P1

采用體積平均法，計算纖維編織布與基體復(fù)合之后的彈性常數(shù)，取單胞厚度為t，纖fV= f

2LA

2LA=

=E(1-V)+ 1 當平面斜交編織復(fù)合材料縱向或橫向上有外載T作用時，纖維編織布和基體各自承擔(dān)一部分外載T1T2，有T1+T2=￡F1] F2D=D = RUC RUC

T= E+T

E+ 度的極限載荷Tf，拉伸 度

E+

E+ T=

2 fTfAσfA在已知拉伸強度的基礎(chǔ)上，可以計算平面斜交編織復(fù)合材料在縱向或橫向上的破壞變fε=f同提供，因為交叉處（x0或x2L）變形最大，強度最值得考慮。 =N

M2y y

+

+M1w=

1+ h+F 1

N 302I

S132σ

Py=0

P

y 令

1

或 限載 y

x

11

Jh

Jw+ 30++

2Iy 2Iz1

11

Jh

Jw+ 30-+

對于基體而言，其極限載

2Iy 2Iz

b

RUCb見表見表 所示，其 akVfkVf%EW220/5284試驗值預(yù)測值誤差拉伸強 IshikawaT.,ChouT-W.Stiffnessandstrengthbehaviorofwovenfabriccomposites[J].JournalofMaterialScience, IshikawaT.,M.Matsushima,Y.Hayashi.Experimentalconfirmationofthetheoryofelasticmodulusoffabricscomposites[J].JournalofCompositeMaterials,1985,19:443~458.VandurzenPh.,J.Ivens,I.Verpoest.Athree-dimensionalmicromechanicalanalysisofwoven-fabriccomposites:I.Geometricanalysis[J].CompositesScienceandTechnology,1996,56:1303~1315.FoyeRL.In:BuckleyJ,editor.FiberTex'90.Hampton(VA):NASALangleyResearchCenter,MayK.-H.Tsai,Chung-LiHwan,Wen-LiangChenetal.Aparallelogramspringmodelforpredictingtheeffectiveelasticpropertiesof2Dbraidedcomposites[J].CompositeStructure,2008,83:273~283.XiongJ,ShenoiR,ChengX.Amodifiedmicromechanicalcurvedbeamanalyticalmodeltopredictthetensionmodulusof2Dplainweavefabriccomposites[J].Composite:PartB,2009(40):776-783.AggarwalA,RamaKrishnaS.Predictingthein-planeelasticconstantsofdiamondbraidedcomposite[J].JournalofCompositeMaterials,2001,35(8):665-687.AnalyticalSolutionsforPredictingTensileStrengthofPlainNon-orthogonalWeaveFabricCompositesZhuYuntao1XiongJun(SchoolofTransportationScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing,AbstractAnovelanalyticalsolutionstopredicttensilestrengthofplainnon-orthogonalweavefabriccompositearepresentedaccountingfortheinteractionofangularlystrands.Withapathdepictedbyusingsinusoidal,thenon-orthogonalyarnsinmicromechanicalrepresentativeunitcellareidealizedascurvedbeams.Theinternalforcesandmacroscopicdeformationsofyarns,togetherwithtensilemoduliofPWFcompositesarederivedbymeansofastrainenergyapproachfoundedonmicromechanics.Basedonthemaximumstressstrengthcriterion,thepredictionoftensilestrengtharegiventakingthetensilestrengthofyarnsandmatrixint