碳纤维编织增强树脂基复合材料筒状结构的热力耦合分析

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碳纤维编织增强树脂基复合材料是一种新兴的复合材料,具有连续、完整的网锁结构,可以利用编织技术设计材料增强体结构,可设计性强,克服了传统复合材料易分层、层间强度差等缺点,并且具有良好的热力学性能,因而在工程领域应用广泛。随着计算机技术的发展及有限元理论的进步,以CAD/CAE软件为研究平台对编织型复合材料进行结构设计、分析成为了复合材料研究领域的一个重点。  本研究使用三维 CAD软件为设计平台,根据工程要求及材料特点,从设计材料结构的角度出发,在计算机上建立了具有独特编织结构的筒状复合材料模型;使用商用有限元软件 ABAQUS为分析平台,导入分析模型并设置材料属性、划分并校核网格,建立了复合材料的有限元模型;对模型进行了传热分析,得到了筒状复合材料的温度场分布,并根据传热学理论对温度场分布进行了分析验证;分别采用顺序热力耦合分析及直接热力耦合的方法对模型进行了热力耦合分析,得到了模型在温度载荷、拉伸面载荷共同作用下的应力场、位移场分布,研究了碳纤维编织结构及材料属性对复合材料性能的影响,并通过对比两种不同的热力耦合分析方式的计算结果及计算成本,找到了适合于筒状树脂基碳纤维编织体热力耦合分析的方法和手段;最后通过导入热力耦合分析完成后的网格部件,设置初始状态场,实现了不同分析过程间的数据传递和状态继承,得到载荷卸载过程的应力场、位移场。  本文通过对碳纤维编织增强树脂基复合材料筒状结构的热力耦合分析,建立了一套对筒状编织体结构从结构设计到热力耦合仿真分析通用的、有效的方法,该方法对工程应用有一定的指导作用。
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