3D編織復合材料整體加筋壁板結(jié)構穩(wěn)定性研究結(jié)題摘要

3D編織復合材料整體加筋壁板作為一種輕質(zhì)高效結(jié)構，有望在航空航天工程中得到廣泛應用。研究該新材料結(jié)構穩(wěn)定性是評估結(jié)構承載能力需亟待解決的重要問題之一。首先，本項目以2D編織整體加筋壁板（包括2D二軸編織1×1、2D三軸）作為切入點，采用雙尺度思想，提出了基于細觀胞元到宏觀壁板結(jié)構的跨尺度力學建模方法，結(jié)合理論分析和數(shù)值建模，建立了軸壓2D編織復合材料整體加筋結(jié)構的屈曲分析和非線性屈曲分析模型，并選用實例驗證了數(shù)值建模分析方法的有效性，系統(tǒng)討論了工藝參數(shù)對結(jié)構穩(wěn)定性的影響規(guī)律；隨即，重點針對3D多向編織復合材料整體加筋結(jié)構壁板，系統(tǒng)研究并建立了3D多向編織復合材料細觀結(jié)構模型和力學性能預測模型；最后，基于胞元疊層結(jié)構模型，采用跨尺度力學建模方法，建立了3D編織加筋結(jié)構在典型載荷作用下的屈曲分析和非線性屈曲分析模型，系統(tǒng)研究了3D編織整體加筋壁板的非線性屈曲行為，并獲得了材料工藝參數(shù)對結(jié)構穩(wěn)定性的影響規(guī)律。研究表明：編織角和纖維體積含量對結(jié)構穩(wěn)定性具有重要影響。項目研究所提出的相關方法和結(jié)果，初步揭示了典型編織復合材料加筋結(jié)構的屈曲特性和承載機制，對于新型紡織復合材料加筋結(jié)構的綜合設計與分析具有重要的參考價值。 目前，依托本項目已正式在國際期刊發(fā)表SCI論文5篇，其中，含JCR二區(qū)兩篇，另有2篇正準備中。同時，本項目培養(yǎng)研究生2名。 2100433B

3D編織復合材料整體加筋壁板作為一種新穎的輕質(zhì)高效結(jié)構，具有良好的結(jié)構整體性，能克服傳統(tǒng)層板易分層的弱點，有望提高結(jié)構損傷容限及設計許用值，以進一步減輕飛行器結(jié)構重量。研究新型整體加筋薄壁結(jié)構穩(wěn)定性，是評估新結(jié)構承載能力、確保結(jié)構安全需亟待解決的關鍵問題之一。然而，因3D編織復合材料細觀結(jié)構復雜，具有材料與結(jié)構同時成型特征，增加了將新材料應用于結(jié)構設計與分析的難度。目前，有關3D編織整體加筋壁板穩(wěn)定性的研究工作還鮮有報導。本項目擬基于3D編織復合材料壁板胞元疊層結(jié)構力學模型，采用雙尺度思想，提出壁板從細觀材料到宏觀結(jié)構的跨尺度力學建模分析方法，建立3D編織整體加筋壁板在軸壓及面內(nèi)剪切載荷下的的非線性屈曲分析模型，結(jié)合試驗，研究3D編織整體加筋壁板的屈曲性態(tài)，闡明結(jié)構的內(nèi)力分布規(guī)律及傳載機制，揭示結(jié)構的非線性屈曲行為及參數(shù)影響規(guī)律，為3D編織整體加筋壁板穩(wěn)定性綜合優(yōu)化設計與分析提供重要依據(jù)。

編織/紡織復合材料(woven fabric/textile composite)，是連續(xù)網(wǎng)狀編織、機織、針織和縫合的紡織物增強復合材料的總稱，是一種由纖維紡織預成型件浸入樹脂構成的新型復合材料，包括二維編織/紡織復合材料和三維編織/紡織復合材料。編織/紡織復合材料增強體選用纖維、紗線或織物系統(tǒng); 基體材料包括樹脂、陶瓷與金屬。

二維編織復合材料由使用經(jīng)線緯線形成的二維編織物為增強體的預浸料經(jīng)固化成型后得到;維編織復合材料以整體編織預成型體作為增強材料。相比于普通復合材料制件，三維編織復合材料不需要縫合和機械加工，具有較高的強度、剛度和垂直方向上較好的抗沖擊性、耐燒蝕性，而且克服了傳統(tǒng)層合板復合材料易分層、開裂敏感和損傷擴展快的缺點。三維機織物可以通過二維機織物再次織造獲得，亦可直接織造。目前編織/紡織復合材料主要用于船舶工業(yè)。它在航空航天、建筑、體育民用等各個領域有著很大的應用前景。

加筋也稱負彎矩筋，放置在梁的上部（支座處）、板上部（板面），是工地上一種通俗的叫法。

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