摘要
三维编织复合材料不仅具有良好的抗疲劳断裂性、抗冲击性和耐烧蚀性等力学性能，还具有良好的结构整体性。凭借优异的综合性能，三维编织复合材料在航空航天等领域得到了广泛关注和应用。然而，材料在服役过程中常处于偏轴加载等复杂载荷条件下或处于高温环境中，对这些情况下的三维编织复合材料力学性能和损伤机理的研究具有一定挑战。 本文采用有限元模拟方法，基于三维编织复合材料内胞空间结构模型建立了材料单胞有限元模型。然后基于ABAQUS/Standard软件平台并结合用户材料子程序对三维编织复合材料在典型复杂载荷条件下的力学性能和损伤机理等内容展开研究。主要内容如下： （1）基于平面应力转换公式将整体坐标系下单向偏轴应力状态转换为局部坐标系下多向正轴应力状态，模拟了三维编织复合材料在典型偏轴拉伸载荷下的失效机理和损伤演化过程。给出了材料在典型偏轴拉伸载荷下的应力-应变曲线，分析了材料的偏轴拉伸强度随偏轴角的变化规律，探讨了编织角和偏轴角对材料失效机理的影响规律。 （2）采用相同纤维体积含量的单向复合材料的疲劳力学性能代替三维编织复合材料中编织纱的疲劳力学性能。分析单向复合材料的各疲劳应力对其疲劳力学行为的影响，提出了剪切疲劳应力直接影响编织纱的疲劳寿命。建立了渐进疲劳损伤模型，同时考虑疲劳循环导致的渐进性能退化和疲劳失效导致的线性渐进退化。模拟了三维编织复合材料在正轴和偏轴疲劳拉伸载荷下的疲劳循环过程，分析了偏轴角和编织角对材料疲劳寿命和主要损伤模式的影响。 （3）建立了高温环境下的材料渐进损伤模型,模型中考虑了热膨胀导致的热应变以及纤维束和基体的材料特性因温度升高而导致的退化。参考具有相同纤维体积分数的单向复合材料的热膨胀系数计算编织纱的热膨胀系数。基于热机械耦合分析流程，模拟了三维编织复合材料在典型高温环境下的拉伸力学行为。分析了热膨胀对材料损伤机理的影响，探讨了温度对三维编织复合材料拉伸力学性能和失效机理的影响规律。
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