植物纤维增强复合材料非线性力学行为研究

在实验研究植物纤维增强复合材料的过程中，发现该种复合材料的力学行为在拉伸时即呈现明显的非线性。造成这种非线性的主要原因是纤维加捻、偏轴拉伸以及基体的粘弹性行为本书利用实验研究、机理分析、数学建模、数值模拟等手段开展植物纤维增强复合材料非线性力学行为的研究，主要工作如下：（1）系统地研究了植物纤维增强复合材料的非线性力学问题，从加捻纵向拉伸非线性、无捻偏轴拉伸非线性，到加捻偏轴拉伸非线性；（2）针对不同研究对象和载荷条件，分别建立了基于分段函数的纵向拉伸数学模型、单参数偏轴拉伸模型、多层次角度融合偏轴拉伸模型；（3）结合有限元仿真软件对植物纤维增强复合材料非线性力学行为进行了数值模拟，并举例分析。

李永平，男，党员，博士、讲师，同济大学航空航天与力学学院力学专业博士；曾就职于海航集团海南航空股份有限公司，2006年4月进入上海工程技术大学任教，上海航空学会民机试飞专业委员会委员。长期从事飞机维修性、可靠性、安全性和飞机复合材料力学性能研究，持上海市优青项目1项（结题很好）、上海科普教育发展基金会项目2项，承担C919飞机适航子项目1项，多次参与上海市自然科学基金项目和上海市重点学科建设项目"现代飞行模拟机的研制”。发表论文20余篇，其中被SCI检索1篇、被EI检索6篇；获得软件著作权2项。

章绪论1
1.1概述1
1.2植物纤维及其特征3
1.2.1植物纤维3
1.2.2植物纤维的重要特征4
1.3传统纤维增强复合材料非线性力学行为研究6
1.3.1产生原因6
1.3.2传统纤维增强复合材料非线性本构关系研究现状7
1.4植物纤维增强复合材料非线性力学行为研究16
1.4.1重要性16
1.4.2研究现状18
1.5复合材料非线性力学行为的数值模拟22
1.5.1ABAQUS求解非线性问题23
1.5.2有限元法在复合材料研究中的应用现状25
1.6研究思路、研究内容与创新点26
1.6.1研究思路26
1.6.2研究内容27
1.6.3创新点28
第2章加捻植物纤维增强复合材料纵向拉伸非线性研究30
2.1引言30
2.2试验部分31
2.2.1原材料31
2.2.2试验仪器31
2.2.3试样制备32
2.2.4纵向拉伸试验33
2.3结果与讨论33
2.3.1加捻剑麻/环氧复合材料纵向拉伸非线性力学行为33
2.3.2基于分段函数的单向加捻植物纤维增强复合材料纵向
拉伸模型35
2.4本章小结47
第3章无捻植物纤维增强复合材料偏轴拉伸非线性研究49
3.1引言49
3.2试验部分50
3.2.1原材料50
3.2.2试验仪器50
3.2.3复合材料制备50
3.2.4偏轴拉伸试验50
3.3结果与讨论52
3.3.1无捻剑麻纤维增强环氧树脂复合材料偏轴拉伸非线性
力学行为52
3.3.2基于单参数的单向植物纤维增强复合材料偏轴拉伸
非线性分析53
3.4本章小结60
第4章加捻植物纤维增强复合材料偏轴拉伸非线性研究62
4.1引言62
4.2基于多层次角度的偏轴拉伸唯象模型63
4.2.1植物纤维增强复合材料偏轴拉伸时的多层次角度63
4.2.2多层次角度融合的偏轴拉伸应力―应变关系模型66
4.3试验部分70
4.4结果与讨论75
4.5本章小结76
第5章植物纤维增强复合材料非线性力学行为的数值模拟78
5.1引言78
5.2ABAQUS有限元分析在复合材料中的应用79
5.2.1复合材料模拟技术79
5.2.2复合材料的单元技术79
5.2.3复合材料的一般模拟过程80
5.3植物纤维增强复合材料偏轴拉伸有限元模拟82
5.3.1应力―应变关系的增量形式82
5.3.2UMAT子程序编程思路84
5.3.3有限元建模87
5.3.4结果与讨论90
5.4本章小结92
第6章结论与展望94
6.1结论94
6.2创新点96
6.3展望96
参考文献98