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树脂基复合材料自修复中二维管网载体的研究
| 论文题名： | 树脂基复合材料自修复中二维管网载体的研究 |
| 关键词： | 树脂基复合材料;自修复;管网载体;拓扑结构;遗传算法;弹性模量 |
| 摘要： | 复合材料在使用过程中，会受外界环境的影响产生裂纹、内部分层等缺陷，如不及时修复，将缩短材料使用寿命并带来严重的安全隐患。而内部损伤很难被检测，为此提出复合材料自修复技术，即在材料出现损伤（如微裂纹）后可以实现自动修复，不需人工参与。本文主要针对树脂基复合材料自修复中二维管网载体展开研究。 首先，通过实验和有限元分析相结合的方法确立管网在基体材料中的体积百分比阈值。制备环氧树脂基体试样，进行了拉伸和弯曲实验测试，实验结果得到了环氧树脂的相关力学参数弹性模量、泊松比、强度极限等分别为3.93GPa、0.34和20.6MPa，并通过有限元建模和仿真，得到了二维管网载体体积百分比阈值为5.24％。 其次，针对正交自修复二维管网载体拓扑结构进行了研究。在给定入口总流量下，根据选定的管径范围，以管网的体积百分比和流动效率为优化目标，采用改进后的多目标遗传算法—NSGA-II，并结合哈迪.克罗斯迭代法对单入单出和双入双出的二维管网载体模型分别进行了参数优化。结果得到：迭代12000次后，单入单出和双入双出管网模型都收敛且体积百分比均在阈值范围内，这说明此优化算法的可行性。通过归一化处理从Pareto解中选出了最优拓扑结构方案，分别为非劣解50和非劣解44，并获得每根管道的流速、流量等。 最后，采用分析和数值模拟方法研究了流体在二维管网载体流道中的流动特性。以单入单出和双入双出的最优拓扑结构方案为研究对象，采用Gambit软件划分网格，边界条件为速度入口、自由出流，流态为层流模型。采用Fluent软件仿真分析了这两种管网模型管道内部流场，迭代收敛后，得到了压力、速度分布云图及矢量图，观察了管网中液体流动的状态及走向，并计算求得每根管道中液体的流速，将仿真速度与优化速度进行了对比，得到两者速度值接近。同时分析比较了含裂纹和不含裂纹的单入单出二维管网模型的流动状态，结果表明部分液体从裂纹处流出，将造成管道速度值减小。 |
| 作者： | 邹添 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李鹏博士;涂文斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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