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嘉峪檢測網(wǎng) 2019-07-15 17:21
對于復(fù)合材料的力學(xué)分析和研究大致可分為材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)兩大部分,習(xí)慣上把復(fù)合材料的材料力學(xué)部分稱為復(fù)合材料力學(xué),而把復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(如板、殼結(jié)構(gòu))的力學(xué)部分稱 為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué),有時這兩部分也統(tǒng)稱為復(fù)合材料力學(xué)。復(fù)合材料的材料力學(xué)部分按采用力學(xué)模型的精細程度可分為細觀力學(xué)和宏觀力學(xué)兩部分,下面分別說明這三種力學(xué)分析方法的基本特點。
1. 細觀力學(xué)
它從細觀角度分析組分材料之間的相互作用來研究復(fù)合材料的物理力學(xué)性能。它以纖維和基體為基本單元,把纖維和基體分別看成是各向同性的均勻材料,根據(jù)材料纖維的幾何形狀和布置形式、纖維和基體的力學(xué)性能、纖維和基體之間的相互作用(有時應(yīng)考慮纖維和基體之 間界面的作用)等條件,來分析復(fù)合材料的宏觀物理力學(xué)性能。這種分析方法比較精細但相當(dāng)復(fù)雜,目前還只能分析單層材料在簡單應(yīng)力狀態(tài)下的一些基本力學(xué)性質(zhì),例如材料主軸方向的彈性常數(shù)及強度。
此外,由于實際復(fù)合材料纖維形狀、尺寸不完全規(guī)則和排列不完全均勻,制造工藝上的差異和材料內(nèi)部存在空隙、缺陷等,細觀力學(xué)分析方法還不能完全考慮材料的實際情況,需進一步研究。以細觀力學(xué)分析復(fù)合材料性質(zhì),在復(fù)合材料力學(xué)的學(xué)科范圍內(nèi)是不可缺少的重要組成部分,它對研究材料的破壞機理、提高復(fù)合材料性能、進行復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計 將起到很大作用。
ANSYS和ABQAUS都可以建立復(fù)合材料細觀模型,進行相關(guān)的研究。
2. 宏觀力學(xué)
它從材料是均勻的假定出發(fā),只從復(fù)合材料的平均表觀性能檢驗組分材料的作用來研究復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。它把單層復(fù)合材料看成均勻的各向異性材料,不考慮纖維和基體的具體區(qū)別,用其平均力學(xué)性能表示單層材料的剛度、強度特性,可以比較容易地分析單層和疊層材料的各種力學(xué)性質(zhì),所得結(jié)果較符合實際。宏觀力學(xué)的基礎(chǔ)是預(yù)知單層材料的宏觀力學(xué)性能,如彈性常數(shù)、強度等。這些數(shù)據(jù)來自實驗測定或細觀力學(xué)分析。由于實驗測定方法較簡便可靠,工程應(yīng)用往往采用它。在復(fù)合材料學(xué)學(xué)科范圍內(nèi),宏觀力學(xué)占很大比重 。
3. 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)
它從更粗略的角度來分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,把疊層材料作為分析問題的起點,疊層復(fù)合材料的力學(xué)性能可由上述宏觀力學(xué)方法求出、或者可用實驗方法直接求出。它借助現(xiàn) 有均勻各向同性材料結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析方法,對各種形狀的結(jié)構(gòu)元件(如板、殼)進行力學(xué)分析 其中有層合板和殼結(jié)構(gòu)的彎曲,屈曲與振動問題,以及疲勞、斷裂、損傷、開孔強度等問題。ABAQUS可以進行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)維度的相關(guān)研究。
總之,復(fù)合材料的力學(xué)理論作為固體力學(xué)的一個新的學(xué)科分支,是近幾十年來發(fā)展形成的,它涉及根據(jù)復(fù)合材料的制造工藝、性能測試和結(jié)構(gòu)設(shè)計等進行力學(xué)分析,隨著新復(fù)合材料的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用,復(fù)合材料力學(xué)理論也將不斷發(fā)展。

來源:碳纖維研習(xí)社