【摘 要】
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连续纤维增强热塑性树脂基复合材料由于其比强度高、高刚度、高韧性、可重新回收利用的特性而在航空航天、汽车工业、电子、基础设施和船舶工业等领域获得了广泛的应用。对于连续纤维增强热塑性树脂基复合材料而言,热模压成型方式具有其他成型方法所不具有的一些优势,如可快速成型,可较大程度的减少人工操作,成型制件的形状尺寸可较好的满足预期要求等等。目前研究者们已经对连续纤维增强热塑性复合材料热模压成型开展了一些实验
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金“纤维-铝合金复合层板构件制备成形一体化技术基础研究”(项目批准号:51805392);
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连续纤维增强热塑性树脂基复合材料由于其比强度高、高刚度、高韧性、可重新回收利用的特性而在航空航天、汽车工业、电子、基础设施和船舶工业等领域获得了广泛的应用。对于连续纤维增强热塑性树脂基复合材料而言,热模压成型方式具有其他成型方法所不具有的一些优势,如可快速成型,可较大程度的减少人工操作,成型制件的形状尺寸可较好的满足预期要求等等。目前研究者们已经对连续纤维增强热塑性复合材料热模压成型开展了一些实验、理论以及数值仿真方面的研究。通过实验的方式确定复合材料制件的失效形式(拉裂和起皱等)以及失效出现的时刻及位置是昂贵和耗时的。通过数值仿真方式进行分析需要首先构建合适的材料本构模型以及获取材料参数。本文以连续玻纤增强聚丙烯复合材料为研究对象,通过实验、智能算法、数值模拟等手段确定了复合材料的性能参数、分析了复合材料成型过程中应力应变的演变。本文的主要工作为以下几点:(1)通过动态热机械分析仪(DMA)进行了复合材料基体聚丙烯从室温至熔点阶段不同温度下的拉伸应力松弛测试实验,依据时温等效原理构建了基体聚丙烯在参考温度下的主曲线,基于遗传算法对主曲线进行回归处理得到基体树脂聚丙烯的松弛时间、权重因子以及时移因子。(2)为了研究数值模拟方法是否可以准确的描述复合材料的力学性能与行为,本文首先利用DMA仪器对复合材料进行了松弛与蠕变的力学行为测试。本文其次通过理论计算得到复合材料的性能参数继而通过ABAQUS子程序UMAT建立了复合材料的广义Maxwell模型,本文建立了复合材料的宏观模型并通过数值模型结果与实验结果对比验证了模型的准确性。此外本文建立了可以反映复合材料微观特征的细观单元对其进行等效加载分析并与实验结果进行了比对与分析。(3)本文通过自行设计的热压模具进行了复合材料的热压实验。本文首先建立了复合材料在热压模具中的预热过程的模型,通过数值模型的结果与实验结果的对比说明了预热模型的准确性。本文进而建立了连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的热压模型并将数值模拟结果中的冲压力、制件外形与实验结果进行了对比进而说明模型的准确性。本文通过数值模拟和实验研究了在不同的实验参数(预热温度、冲压深度)对制件成型过程中应力应变分布的影响。
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