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三维编织复合材料的群论分析
中文名称: 三维编织复合材料的群论分析
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论文编号: 3122338收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Group Theory Analysis of 3D Braided Structural Composites
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 固体力学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 编织材料 编织复合材料 编织点群 编织空间群 编织点阵 编织几何结构 矩阵表示 几何分析模型
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论文简介:三维编织复合材料的品种还比较少,用于描述编织几何结构的理论和系统的分类方法有待于深入研究,本文用对称群理论解决了这些问题。编织几何结构的对称性可以用对称群加以描述。用点群描述编织几何结构的点对称性,根据点对称性特征可将编织材料进行粗略分类,同时获得相应几何结构的单胞形式。用空间群描述三维编织几何结构,可以将其进行详细分类,从而推导出系列全新的编织材料几何结构。 本文首先论述了与编织材料几何结构有关的对称群理论。定义了与编织材料几何结构对称群有关的对称操作和对称元素等概念;阐述了编织几何结构的对称操作的类型和表达方法;通过编织几何结构的对称性定义了编织点群、编织点阵和编织空间(平面)群;用编织材料几何结构对称操作的矩阵表示推导了编织空间点群、空间群的矩阵表示:归纳了对应编织几何结构的平面点阵和空间点阵。 为了用平面点群研究二维编织几何结构的点对称性,本文定义了代表纱线段的点符号和基本对称单元等概念。在此基础上,论述了对称单元的构建方法,从而将二维编织(包括平面机织)材料按几何结构合理分类。用平面点对称操作构建相应的平面对称单元图案,得到对应不同几何结构的单胞。 在分析二维编织几何结构的简化方法及与平面点阵阵点对应关系的过程中,对编织平面点阵进行总结分类。根据不同编织平面点阵的特点,归纳了二维编织几何结构惯用单胞的形状。 用编织平面群分析二维编织几何结构,将二维编织几何结构进行有效分类,系统推导了二维编织几何结构。同时推导二维编织材料几何结构对应点群的矩阵表示,矩阵表示可用于编织复合材料的力学性能研究。 用空间点群将三维编织几何结构分类,并将其单胞的对称性用点群进行了描述。推导了编织空问点群的矩阵表示,为将对称群变换应用到三维编织复合材料的力学性能研究打下基础。通过验证得出编织空间点群不含有纯镜面对称群元素的结论。 将具有点对称性的纱线段组合用一个阵点表达,三维编织材料的几何结构就可以对应的不同空间点阵。根据不同编织空间点阵的特点,归纳了三维编织几何结构初基和惯用单胞的形状。对应于编织材料几何结构的空间点阵延用Bravais空间点阵几何构形,但此空间点阵一般不具有Bravais空间点阵点群的全部对称性。 对应于编织材料几何结构的空间群可以完整地描述现有编织材料几何结构的对称性。通过对编织空间群的科学归纳,可以推导出系列新的三维编织复合材料几何结构。 通过用编织空间点群和编织空间群推导三维编织几何结构,验证了三维编织复合材料几何模型分析过程中纱线的近似横截面几何形状,为建立合理的三维编织复合材料几何模型提供了依据。 用编织对称群推导了几种全新的三维编织材料的几何结构,并对它们的工艺可行性和对应的复合材料的物理性能进行了预测。 对特殊的空间三维编织复合材料的研究提出了一种新的模型——可变微单元几何分析模型,并以变直径的管状复合材料火箭喷管为例模拟了其几何结构,较为真实地反映了该构件的实际几何形状,通过理论分析获得了这种编织复合材料纤维体积百分数的变化趋势。用该几何模型对等直径的复合材料直管的物理和力学性能进行了预测。
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