預浸織物細觀變形機理及本構關系研究.pdf

1、空間充氣展開結構作為一種新型的航天工程結構，由于其質量輕、折疊后體積小、展開可靠性高等優(yōu)點，使空間充氣展開結構成為未來航天工程構建大型空間結構的有效途徑。預浸織物是空間充氣展開結構的關鍵結構材料。由于預浸織物材料中包含未固化的樹脂，因此其變形特性與機理既不同于純織物材料，也不同于傳統(tǒng)的復合材料——固化后的織物復合材料。用來描述純織物材料和固化后的織物復合材料的本構方程不能適用于預浸織物材料，那么就需要根據(jù)本構原理來建立預浸織物的本構方程

2、。預浸織物由織物和未固化的樹脂組成，因此在研究中應同時考慮固體增強相與流體的作用，這是一個新的力學問題，對復合材料力學起到擴展的作用。對預浸織物本構方程的研究為空間充氣展開結構的結構設計以及靜力學、動力學和熱分析等研究提供了理論基礎。
　　本文研究預浸織物的剪切變形。通過像框剪切試驗來測定預浸織物的剪切性能。由于預浸織物是粘彈性材料，變形與時間有關，因此本文進行了不同加載速率的試驗。通過對試驗曲線的分析進一步驗證了預浸織物在發(fā)生剪

3、切變形時具有明顯的非線性和階段性的規(guī)律。
　　通過對預浸織物各個組分材料之間的相互作用及變形機理的分析，本文將預浸織物的剪切變形分為剪切鎖定前和剪切鎖定后兩個階段，并且分別建立了不同階段的各組分材料的細觀分析模型。在剪切鎖定前階段，建立樹脂的阻尼計算模型，經(jīng)、緯向纖維束在交叉處的摩擦的計算模型。隨著剪切的繼續(xù)進行，樹脂被不斷的從纖維束的孔隙中擠壓出去，直至纖維束之間相互接觸。進入剪切鎖定后階段，建立纖維束的擠壓力矩模型，通過這些計

4、算模型建立了剪切鎖定前和剪切鎖定后的力矩平衡方程，通過對力矩平衡方程的計算得到了理論分析曲線，最后通過試驗曲線對理論分析結果進行驗證。結果表明，理論分析曲線與試驗曲線吻合的較好。
　　從熱力學第二定律出發(fā)，根據(jù)預浸織物的性質設定 Helmholtz自由能函數(shù)由5個變量表示，根據(jù)不變量理論推導出由這5個變量組成的能夠反映預浸織物的粘彈特性的不變量。依據(jù)本構方程的基本原理通過這些不變量建立了預浸織物材料的宏觀本構方程。此本構方程既描述