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考虑热应力的复合材料界面性能研究

作　者: 翁艳艳
导　师: 谢志民
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 中性界面 非理想界面 界面参数 结构界面 热应力 平面变形
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


影响复合材料性能的因素有很多，其中复合材料的界面状况和热残余应力在复合材料中的分布状况是两个主要因素。在复合材料的界面上由于增强相和基体相的力学性能不同，而产生的应力集中现象是导致材料破坏的主要原因之一。增强相和基体的热膨胀系数不同，在制备过程中产生的热残余应力对界面性能的影响很大，残余应力的存在还可能加强材料的破坏。在非理想界面条件下的中性夹杂不会对周围的弹性基体的应力场产生干扰，能够消除应力集中现象。因此，在考虑热残余应力的作用下，研究满足中性增强相条件的界面参数，并对其进行设计，对提高复合材料的性能有重要意义。本文采用零厚度非理想界面模型，得出复合材料中的热应力及其对应的位移在材料中的分布。根据非理想界面条件，得出平面变形下，当增强相截面为圆形和椭圆形两种情况下，各向同性和横观各向同性复合材料中性界面存在的条件，在此基础上，建立结构界面模型，获得了满足中性条件的结构界面的参数，并讨论了影响结构界面参数的主要因素。经研究可知，对于增强相截面为圆形和椭圆形两种情况，中性界面参数在整个界面上的分布是位置的函数；界面参数与材料的弹性性能、给定的外部应力场和初始热应力相关。各向同性材料和横观各向同性材料中性界面参数具有相同的表达形式。对于结构界面的研究发现，结构界面参数与桁架的杆的个数，界面厚度和增强相和基体的弹性常数比值有关。在平面变形下，给出各向同性和横观各向同性复合材料，圆形和椭圆形截面增强相的结构界面参数，并得到杆的数量、界面厚度和组分材料弹性常数比值对界面参数的影响规律，为得到满足中性条件的复合材料的设计提供了理论依据。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 对界面模型的研究现状  9-10
    1.2.2 界面相性质的研究现状  10-11
    1.2.3 界面相对复合材料性能影响的研究现状  11-12
    1.2.4 中性夹杂的研究现状  12-13
    1.2.5 界面的桁架结构研究  13-14
    1.2.6 热残余应力的研究  14-15
  1.3 本文研究的主要内容  15-17
第2章 复合材料的热残余应力  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 热残余应力解  17-22
    2.2.1 求解热残余应力的力学模型  17-18
    2.2.2 各向同性材料的热残余应力  18-20
    2.2.3 横观各向同性材料的热残余应力  20-21
    2.2.4 求解热残余应力的连续条件  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章 平面变形下考虑热应力的界面参数  23-42
  3.1 引言  23
  3.2 非理想界面的中性夹杂条件  23-24
  3.3 平面变形下的应力场和位移场  24-25
    3.3.1 平面上任一点的法向和切向应力  24
    3.3.2 平面上任一点的法向和切向位移  24-25
  3.4 非理想界面条件  25-26
  3.5 平面变形下圆截面增强相的界面参数  26-34
    3.5.1 界面上法向和切向的热应力及位移  26-27
    3.5.2 各向同性材料的界面参数  27-29
    3.5.3 横观各向同性材料的界面参数  29-30
    3.5.4 圆形截面增强相界面参数分析  30-34
  3.6 平面变形下椭圆截面增强相的界面参数  34-40
    3.6.1 界面上法向和切向的热应力及位移  34-35
    3.6.2 各向同性材料的界面参数  35-38
    3.6.3 横观各向同性材料的界面参数  38-40
  3.7 结果分析  40
  3.8 本章小结  40-42
第4章 结构界面的参数设计与分析  42-65
  4.1 引言  42
  4.2 桁架结构界面  42-43
    4.2.1 界面的桁架结构  42-43
    4.2.2 界面性能与桁架结构的关联  43
  4.3 圆形截面增强相桁架结构界面参数设计  43-55
    4.3.1 圆形截面增强相的桁架结构  44-45
    4.3.2 圆形截面增强相的桁架结构参数  45-51
    4.3.3 圆形截面增强相的桁架结构参数结果讨论  51-55
  4.4 椭圆形截面增强相桁架结构界面参数设计  55-60
    4.4.1 椭圆形截面增强相的桁架结构  55
    4.4.2 椭圆形截面增强相的桁架结构参数  55-58
    4.4.3 椭圆形截面增强相的桁架结构参数结果讨论  58-60
  4.5 桁架结构参数设计的验证  60-63
  4.6 本章小结  63-65
结论  65-66
参考文献  66-69
攻读学位论文期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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