三維四向編織復合材料改進模型彈性性能計算

劉振國 商園春 董阿鵬 呂明云

(北京航空航天大學 航空科學與工程學院，北京100191)

三維編織復合材料以整體編織預成型件作為增強材料，不需縫合和加工，具有明顯的可設計性，且具有較高的強度、剛度、較好的抗沖擊性和耐燒蝕性等，因而受到工程界的普遍關注，特別是在航空航天等高科技技術領域得到了日益廣泛的應用.

有限元計算方法是進行三維編織復合材料細觀分析的一種重要方式.文獻［1］將纖維束和基體分別處理為梁元和桿元建立三維桁架結構有限元模型;文獻［2］基于變分原理，用有限多相元法來預測三維編織復合材料的有效性能;文獻［3］建立了有限元剛度預報模型;文獻［4］還先后對三維編織復合材料的幾何結構、物理性能和彈性模量的預測進行了論述，用非線性有限元對編織復合材料進行了數值仿真;文獻［5］在等應力和等應變加權平均模型基礎上建立了三維編織復合材料新的單胞幾何結構模型，并提出了等效有限元方法;文獻［6］提出基于大單胞的有限元分析模型，仿真了編織復合材料單胞在各種受力狀態下的應力場;文獻［7］通過均勻化理論，采用非協調多變量有限元模擬了三維編織復合材料的有效彈性力學性能;文獻［8］中提出“米”字形枝狀體胞有限元模型，并將纖維束截面假設為六邊形，得到了較好的模量預測結果，但該模型的簡化與材料的實際細觀結構差別較大;文獻［9］考慮了纖維束的空間走……