基于有限單元法的碳纖維增強(qiáng)單板層積材動(dòng)力學(xué)仿真研究.pdf

1、如何高效合理地利用現(xiàn)有木材資源以發(fā)揮其最大潛能已成為木材研究需要解決的突出問(wèn)題。由于單板層積材具有提質(zhì)增效、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、規(guī)格靈活等特點(diǎn)，幾十年來(lái)被廣泛應(yīng)用于家具制造、室內(nèi)裝飾裝修、門窗框架等非結(jié)構(gòu)或小規(guī)格結(jié)構(gòu)用材中。但隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)和社會(huì)需求不斷提高，高強(qiáng)度、輕質(zhì)化、功能性單板層積材的需求越來(lái)越迫切。計(jì)算機(jī)輔助建模仿真技術(shù)的發(fā)展為新材料、新產(chǎn)品研發(fā)提供了有效的方法手段，縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，成為當(dāng)今復(fù)合材料發(fā)展的強(qiáng)力助推器。綜上，本

2、文致力于研究基于計(jì)算機(jī)建模仿真技術(shù)的碳纖維增強(qiáng)單板層積材的性能模型表征與仿真預(yù)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料動(dòng)力學(xué)模型化研究。
　　首先，對(duì)碳纖維布增強(qiáng)單板層積材的制備工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并選取碳纖維布鋪層位置和鋪層數(shù)量作為實(shí)驗(yàn)因子，通過(guò)力學(xué)測(cè)試探究其對(duì)碳纖維增強(qiáng)單板層積材的剪切強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度和彈性模量三個(gè)靜力學(xué)指標(biāo)的影響。研究表明，隨著碳纖維布鋪層位置由內(nèi)至外變化，試件的靜曲強(qiáng)度得到顯著提升;隨著碳纖維布鋪層數(shù)量由單層變?yōu)殡p層，試件剪切強(qiáng)度

3、、靜曲強(qiáng)度和彈性模量均有不同程度提升。然后，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，基于有限單元法建立碳纖維增強(qiáng)單板層積材三維幾何模型和有限元模型，并基于有限元模型對(duì)碳纖維增強(qiáng)單板層積材進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)仿真分析，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果是相吻合的，表明所建有限元模型是準(zhǔn)確、可行的。
　　最后，在ANSYS Workbench15.0仿真環(huán)境下，基于所建有限元模型對(duì)碳纖維增強(qiáng)單板層積材進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真研究。采用模態(tài)分析技術(shù)提取了碳纖維增強(qiáng)單板層積材前六

4、階固有頻率和振型數(shù)據(jù)，探究了碳纖維布鋪層位置和鋪層數(shù)量對(duì)碳纖維增強(qiáng)單板層積材固有頻率和振型影響。隨著碳纖維布鋪層位置由內(nèi)至外變化，碳纖維增強(qiáng)單板層積材固有頻率增強(qiáng)幅度逐漸增大;隨著碳纖維布鋪層數(shù)量由單層增加至雙層，碳纖維增強(qiáng)單板層積材最大變形逐漸減小。仿真結(jié)果表明，碳纖維布的鋪層位置和鋪層數(shù)量是分別影響碳纖維增強(qiáng)單板層積材固有頻率和固有振型的關(guān)鍵性因素。三維有限元模型的構(gòu)建及其動(dòng)力學(xué)仿真研究為碳纖維增強(qiáng)單板層積材的模型化研究提供了基礎(chǔ)條