题目：三维编织复合材料渐进损伤失效机理研究

三维编织复合材料作为一种新型的复合材料，其相对于传统层合复合材料优越的性能，在国内外得到迅速发展，被广泛应用于各种高科技领域，如航空航天、汽车、生物医疗、运动保健等，因而受到工业界及学术界的广泛关注，逐渐成为复合材料研究领域的一个热门方向。本文以三维全五向编织复合材料为主要研究对象，从材料的细观编织结构入手通过工艺分析和观测试验建立了精确的周期性单胞几何模型，并在此基础上从细观和宏观层面对材料渐进损伤失效特性进行了研究，取得了一系列研究成果

首先从三维编织成型工艺入手，按照编织过程中的机器运动规律得到了三维全五向编织预成型件的内部编织结构及纱线空间走向，并在此基础上将编织结构划分为内部、表面和角部三个区域。采用显微CT扫描技术对三维全五向编织复合材料内部编织结构进行了三维成像，得到编织结构内部轴向纱和编织纱的三维实体模型，并在此基础上对纤维纱束在编织结构中的几何形态进行了研究，得到了轴向纱和编织纱的空间走向和横截截面形状。结合工艺分析和观测试验结果建立了三维全五向编织复合材料周期性单胞几何模型，推导了单胞几何尺寸、编织工艺参数之间的数学关系。

其次引入连续介质损伤力学分别建立了纤维纱束、树脂基体和界面的非线性损伤本构模型。对于纤维纱束考虑了其横观各项同性的材料特性分别在其材料纵向方向和横向方向引入了不同的初始破坏准则，其中纵向方向分别将纤维拉伸断裂和纤维压缩失稳作为纤维纱束纵向方向上的拉伸和压缩破坏模式并考虑了纵向剪切应力对纵向拉伸破坏的影响；横向方向上采用了基于断裂平面理论的Puck准则，结合前期研究成果提出了纤维纱束横向断裂平面角的改进搜索算法，在提高计算效率的同时改进了原有搜索算法的准确性。同时采用traction-separation界面层本构理论建立了界面损伤本构模型。

再次在三维全五向编织复合材料周期性单胞和细观材料损伤本构模型的基础上，采用ABAQUS/Standard有限元软件针对三维全五向编织复合材料在纵向拉伸和纵向压缩载荷作用下材料渐进失效的全过程进行了数值模拟仿真，预测了材料的纵向拉压模量和极限强度，分析了细观组分损伤失效机理。数值仿真模拟结果与试验结果吻合良好，验证了三维全五向编织复合材料周期性单胞模型和采用的细观材料的损伤本构模型的准确性。

最后根据宏观均匀化理论建立了三维全五向编织复合材料宏观结构件渐进失效分析方法，该方法通过细观材料损伤初始和演化拓展方式来表征宏观结构件渐进损伤失效特性，考虑了三维全五向编织复合材料在内部区域、表面区域和角部区域细观纱线编织结构的不同，实现了材料宏细观一体化损伤分析。基于该方法建立了不同编织角的三维全五向编织复合材料宏观结构件有限元分析模型，并对结构件在三点弯曲载荷作用下渐进失效全过程进行了数值模拟，试验曲线与仿真预测侧曲线在初试线性段和损伤后的非线性段都表现出了良好的一致性，验证了本文所提宏观结构损伤演化分析方法的有效性，为以后三维编织复合材料宏观结构件的强度分析提供了很好的参考。