纤维端部形状对橡胶复合材料应力分布的影响开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1 课题背景

短纤维增强橡胶基密封复合材料（sfrc），如芳纶，玻璃纤维和碳纤维增强橡胶板等，被广泛应用于石油，化工，纺织，机电行业^[1-2]。纤维或嵌入在橡胶基体中的粒子可以有效地提高材料的综合性能，例如高强度、耐疲劳、耐腐蚀等。工程实践证明最近几年这种sfrc具有良好的适用性^{[3, 4]}。现有的理论模型可以预测复合材料的性能^{[5, 6]}。cox 模型是最受欢迎的模型之一，因为它被广泛应用于计算不连续纤维在纤维增强复合材料中的变形与弹性特性^[7]。该模型的精度很大程度上依赖于纤维端部施加的边界条件。一般来说，应力边界条件是基于任意的假设的，其预定义纤维端部来获得控制方程的解析解^[8]。然而，hsueh^[16]指出，这些应力是不能预先确定的，因此边界条件是含糊不清的。hsueh^[16]和nair^[17]提出了一种新的模型通过使用假想纤维的方法来获取端部纤维上应力的解析结果。复合材料的力学性能，如纤维增强树脂基体，金属基体的性能等^{[12, 13]}都可以采用传统的改进了的理论模型进行准确地预测。然而，通过上述理论模型预测纤维增强橡胶基复合材料的应力传递产生了较大的误差，因为纤维的弹性模量通常比基体大很多。sfrc中纤维与基体的弹性模量之比大于1000。因此，有必要进一步加强对sfrc的研究工作，以便实现材料细观结构的优化，在细观结构与宏观力学性能之间建立关系去和改善材料的综合力学性能。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本次毕业论文的题目是《纤维端部形状对橡胶基复合材料应力分布的影响》，主要研究内容为：对纤维细观参数对复合材料应力分布影响相关文献进行查阅并进行综述。建立不同纤维端部形状有限元模型，研究纤维端部形状对纤维复合材料应力分布的影响，进一步研究了界面相对纤维复合材料应力分布的影响。

该课题主要以纤维增强复合材料为研究对象，利用ABAQUS有限元分析软件，建立单向芳纶纤维增强橡胶基密封复合材料的单纤维轴对称模型，研究了纤维端部应力分布随纤维端部形状变化的规律，分析了界面相性能对纤维端部应力分布的影响，确定了最佳的纤维端部形状和界面相参数，为此类复合材料的优化设计提供借鉴。