橡胶基复合材料结构的变形行为研究

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1、中图分类号：V257论文编号：102870218-SZ035学科分类号：082502硕士学位论文橡胶基复合材料结构的变形行为研究研究生姓名项英专业类别工程硕士专业领域航空工程指导教师崔海涛教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergy&PowerEngineeringResearchontheDeformationBehaviorAnalysisofRubberMatrixCompo

2、sitesStructureAThesisinAeronauticalEngineeringbyXiangYingAdvisedbyProf.CuiHaitaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机

3、构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要橡胶基复合材料是继树脂、金属、陶瓷基体之后又一类非常重要的复合材料。由其超弹性、大变形特征，在航空航天、轻结构建筑、油料运输管等领域有较大的应用潜力。对橡胶基复合材料的本构模型开展研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要研究了橡胶材料和帘线/橡胶复合材料的本构模型，并对直升机航空发

4、动机中的粒子分离器气囊鼓包结构的变形行为进行了分析。主要研究内容及结论如下：（1）基于连续介质力学采用Rivlin提出的级数函数对橡胶材料的本构模型进行了分析研究。橡胶材料的本构模型主要有三种形式：Neo-Hookean模型、Mooney-Rivlin模型和Yeoh模型。由材料应变能函数与不变量关系，通过理论推导得到了橡胶材料本构模型的应力-应变关系。通过橡胶材料的单轴拉伸试验数据，分别拟合出三种超弹性本构模型的材料参数，将试验数据与三种模型函数曲线进行对比，通过对橡胶材料的单轴拉伸仿真分析，进一步验证在中小应变范围内Mooney-Rivlin

5、模型的准确性。（2）基于单向纤维增强连续介质力学理论建立了帘线/橡胶复合材料的本构模型。在连续介质力学理论基础上，通过材料的应变能密度函数建立了一种考虑帘线与橡胶材料的剪切作用的各向异性超弹性本构模型。通过理论推导得到了单轴拉伸状态下帘线/橡胶材料的应力-应变关系，并给出了材料参数的确定方法。通过MATLAB程序拟合不同单轴拉伸的帘线/橡胶材料试验数据得到本构方程的材料参数。利用ABAQUS软件提供的UANISOHYPER_INV接口进行本构模型二次开发，编写了帘线/橡胶复合材料本构子程序，通过单轴拉伸仿真结果与试验数据进行对比，验证建立的帘线

6、/橡胶本构模型的可靠性。通过圆筒模型介绍了加强筋模型的特点，并通过仿真分析比较了两种本构模型的分析误差。（3）对粒子分离器气囊鼓包变形特性及影响因素进行了分析研究。基于本文建立的帘线/橡胶复合材料本构模型，通过ABAQUS建立气囊鼓包的有限元模型，调用帘线/橡胶复合材料本构子程序分析不同铺层数、不同帘线铺角、不同帘线间距对鼓包最大变形高度的影响。（4）根据鼓包变形曲线的要求设计了特定鼓包铺层结构，通过有限元仿真分析了在特定鼓包铺层结构中帘线铺角与帘线间距对鼓包型面变形曲线的影响。关键词：帘线橡胶复合材料，本构模型，连续介质力学，各项异性超弹性，

7、鼓包变形行为I橡胶基复合材料结构的变形行为研究ABSTRACTRubbermatrixcompositeisakindofveryimportantcompositesafterresin,metalandceramicmatrixcomposites.Duetoitshyperelasticpropertiesandlargedeformationcharacteristics,ithasgreatpotentialinthefieldsofaerospace,light-structureconstruction,oiltransporta

8、tionpipeandsoon.Itisofgreattheoreticalsignificanceandengineeringapplication