基于均匀化层合板纳米复合材料力学性能预测-材料科学与工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湘潭大学可以将本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和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 湘潭大 湘潭大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 摘 要 复合材料层合板，因其具有比强度高，重量轻，耐腐蚀性强等一系列优点，已在 风机叶片制造行业得到大力开发和利用。但随着风力发电技术向大型化、轻质化的不 断发展，对风机叶片复合材料的强度和刚度提出了更高的要求。碳纳米管和纳米薄膜 具有优异的力学性能，若将其用于增强风机叶片复合材料层合板，有望解决这一问题。 本文运用均匀化理论和有限元方法，预测纤维、碳纳米管以及纳米薄膜对风机叶片层 合板复合材料等效力学性能的影响规律。 建立了风机叶片层合板复合材料力学性能预测模型。通过均匀化理论和有限元 法，预测纤维材料参数（体积分数、弹性模量、泊松比等）对风机叶片复合材料等效 力学性能的影响规律。同时运用数学优化方法，预测纤维对称排布的层合板复合材料 的最优铺层角度。 建立了风机叶片层合板复合材料等效力学性能的多尺度模型。将风机叶片层合板 复合材料的结构分别用宏观、细观和纳观尺度来加以描述，通过三次均匀化，预测了 碳纳米管对风机叶片层合板复合材料的宏观等效弹性力学性能的影响规律。在不考虑 碳纳米管与基体以及纤维与基体间的粘结界面时，预测了碳纳米管材料参数（体积分 数、弹性模量、泊松比、长径比）等对风机叶片层合板复合材料的等效力学性能的影 响规律。在考虑碳纳米管与基体以及纤维与基体间的粘结界面的影响时，预测界面材 料参数（体积分数、弹性模量、泊松比、界面长厚比）对风机叶片层合板复合材料的 等效力学性能的影响规律。 建立了风机叶片层合板复合材料等效力学性能的多尺度模型，预测了纳米薄膜材 料参数（体积分数、弹性模量、泊松比）和基体力学性能参数（弹性模量、泊松比） 对风机叶片层合板复合材料等效力学性能的影响规律。 本文研究为大型风机叶片的制备提供一定的指导作用。 关 键 词： 层合板复合材料；风机叶片；碳纳米管；纳米薄膜；均匀化 I 基于均 基于均匀化层合板纳米复合材料力学性能预测 Abstract Composite laminated plate, because of its high specific strength, light weight, strong corrosion resistance, and a series of advantages, has been vigorously developed and applied in the wind blade. But as the development of large-scale and light quality wind power generation technology, it has put forward higher requirements on the strength and stiffness of wind turbine blade composites. If carbon nanotubes and nanofilms with excellent performance be used to enhance wind turbine blade composites, it is expected to obtain expected result. In this paper, using homogenization theory and finite element method, the equivalent mechanical properties for wind turbine blade composite laminated plates enhanced by carbon nanotubes and nanofilms are predicted. The prediction model of mechanical pr