1. 研究目的与意义（文献综述）

通常情况下,树脂基复合材料在高温下制备,室温下使用,由于纤维与树脂热膨胀系数的不匹配、树脂聚合时的化学收缩、应力松弛、结构与模具的相互作用等将在复合材料中引起一定的残余应力。残余应力对复合材料的力学性能有着显著影响[1- 3],它使材料的界面层脱胶、层间开裂,甚至导致材料破坏,因此,采用数值分析方法预测复合材料中的残余应力显得十分重要。研究复合材料中残余应力的分布通常有3个层次:细观力学或组分层次、宏观力学或层合板层次和结构力学或全局层次[3]。Hui[4]采用细观力学二维模型分析SiC/SiC和C/SiC复合材料,确定了残余应力范围在(- 130.84± 34.53)MPa。Liu[5]采用解析法分析了金属基复合材料的热残余应力,并与实验结果进行了比较。Agrawal[6]将数值分析结果与用中子衍射技术测出的残余应力进行了比较。我们这里主要讨论细观力学层次。

对于固化过程中复合材料的本构模型，早期，研究者利用线弹性模型来描述复合材料的固化变形[7-9]。此模型假设固化阶段没有残余应力产生，残余应力仅来源于降温阶段，称为热残余应力。结合经典层合板理论，弹性模型对厚度较薄的层合板适用性较好。此后，Johnston等[10]利用固化-硬化瞬时线弹性(CHILE)模型来研究复合材料残余应力及其固化变形并取得了较好的效果[11-13]。CHILE 模型假设弹性模量与固化度线性相关，其本质上依然是线弹性的。Billotte等[14]热固性树脂因交联反应会经历较大的体积收缩，除去热残余应力，因化学收缩而产生的残余应力也相当可观。文献[15-16]利用修正的经典层合板理论分别验证了热与化学收缩对残余应力的贡献，对于厚度较薄的构件，效果比较理想。但是复合材料的性能与固化度、温度等多个因素有关，将复合材料的性能视为常数显然有很大的局限性，树脂基体存在明显的粘弹性行为[17]，所以弹性模型并不足以描述实际问题的复杂性。因此，近年来，利用粘弹性模型研究复合材料结构的残余应力与固化变形得到了较快发展。上述多数模型只对降温阶段的残余应力进行了分析，而忽略降温之前的残余应力积累。文献[18-20]研究了整个固化过程中所选材料的性能变化与固化时间、固化度的关系，推导出粘弹性本构方程，获得了整个固化阶段残余应力的变化。文献[21]提出结合 Maxwell 模型用Dirichlet-Prony 级数来表示松弛弹性模量，提高了数值算法的可行性和准确度。总之，采用粘弹性模型可以提高计算结果的准确性，本次研究将对比弾性模型与粘弹性模型分析残余应力及其对复合材料破坏的影响。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标：

拟采用有限单元法对复合材料残余应力进行研究，建立纤维周期性排列及随机排列模型，分别使用线弹性模型和粘弹性模型研究残余应力，比较残余应力最大值及其分布情况，再根据所得到的残余应力分析其对材料破坏的影响。基于本项目的研究目标，本项目的主要研究内容包括：

1、基于abaqus有限元软件建立纤维增强复合材料线弹性和粘弹性细观力学模型；

3. 研究计划与安排

1、第1-3周 查阅相关资料，了解复合材料的固化过程及comsol模拟方法，完成外文翻译和开题报告；

2、第4-6周 学习abaqus模拟方法，并建立复合材料细观残余应力分析模型；

3、第7-9 建立复合材料细观损伤分析模型；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]parlevliet p p, bersee h e n, beukers a. residual stressesin thermoplastic composites- a study of the literature- partⅠ : formation of residual stresses[j]. compos part a, ap-pl sci manuf,2006,37(11):1847

[2]parlevliet p p, bersee h e n, beukers a. residual stressesinthermoplastic composites- a study of the literature- partⅡ : experimental techniques[j]. compos part a, appl scimanuf,2007,38(3):651

[3]parlevliet p p, bersee h e n, beukers a. residual stressesin thermoplastic composites- a study of the literature— partⅢ :effects of thermal residual[ j] compos part a, applsci manuf,2007,38(6):1581