在实验研究植物纤维增强复合材料的过程中，发现该种复合材料的力学行为在拉伸时即呈现明显的非线性。造成这种非线性的主要原因是纤维加捻、偏轴拉伸以及基体的粘弹性行为 本书利用实验研究、机理分析、数学建模、数值模拟等手段开展植物纤维增强复合材料非线性力学行为的研究，主要工作如下： （1）系统地研究了植物纤维增强复合材料的非线性力学问题，从加捻纵向拉伸非线性、无捻偏轴拉伸非线性，到加捻偏轴拉伸非线性； （2）针对不同研究对象和载荷条件，分别建立了基于分段函数的纵向拉伸数学模型、单参数偏轴拉伸模型、多层次角度融合偏轴拉伸模型； （3）结合有限元仿真软件对植物纤维增强复合材料非线性力学行为进行了数值模拟，并举例分析。

第1章  绪论 1

1.1  概述 1

1.2  植物纤维及其特征 3

1.2.1  植物纤维 3

1.2.2  植物纤维的重要特征 4

1.3  传统纤维增强复合材料非线性力学行为研究 6

1.3.1  产生原因 6

1.3.2  传统纤维增强复合材料非线性本构关系研究现状 7

1.4  植物纤维增强复合材料非线性力学行为研究 16

1.4.1  重要性 16

1.4.2  研究现状 18

1.5  复合材料非线性力学行为的数值模拟 22

1.5.1  ABAQUS求解非线性问题 23

1.5.2  有限元法在复合材料研究中的应用现状 25

1.6  研究思路、研究内容与创新点 26

1.6.1  研究思路 26

1.6.2  研究内容 27

1.6.3  创新点 28

第2章  加捻植物纤维增强复合材料纵向拉伸非线性研究 30

2.1  引言 30

2.2  试验部分 31

2.2.1  原材料 31

2.2.2  试验仪器 31

2.2.3  试样制备 32

2.2.4  纵向拉伸试验 33

2.3  结果与讨论 33

2.3.1  加捻剑麻/环氧复合材料纵向拉伸非线性力学行为 33

2.3.2  基于分段函数的单向加捻植物纤维增强复合材料纵向

拉伸模型 35

2.4  本章小结 47

第3章  无捻植物纤维增强复合材料偏轴拉伸非线性研究 49

3.1  引言 4

前言

植物纤维由于具有天然环保、来源广泛、较高的比强度和比刚度等特点，其增强复合材料在工业生产和生活中被广泛使用，如汽车工业、建筑建材等，成为复合材料研究领域的热点之一。

在试验研究植物纤维增强复合材料的过程中，发现该复合材料的力学行为在拉伸时呈现明显的非线性。造成这种非线性的主要原因是纤维加捻、偏轴拉伸及基体的粘弹性行为。在对植物纤维增强复合材料的应力—应变关系进行分析，尤其在研究纵向拉伸时发现，传统的线弹性本构模型已经无法胜任对非线性力学行为的分析了，而且如果仅在线弹性范围内使用该材料，则不能充分发挥出该材料的优异性能，用线性模型替代非线性模型以得到其近似解的处理方法不能很好地反映实际系统的力学行为。这就需要充分了解该复合材料的非线性力学行为，特别是需要从更加细观的角度去分析其内部的机理与特性，如植物纤维独特的加捻特征，同时需要为复合材料建立合适的细观非线性本构模型。

建立植物纤维增强复合材料的非线性本构模型，一个重要作用是辅助该复合材料的结构优化设计。例如，在结构设计阶段将本构模型与商业有限元软件结合，可以更加准确地计算结构在不同受载条件下的应力状态并预测其承载能力，有助于结构的优化设计，同时省去或减少大量的试件制备和测试过程，从而降低该复合材料的研发成本。

文献检索发现，国内外学者的研究都未结合植物纤维的加捻等特征来针对植物纤维增强复合材料应力—应变关系或者本构模型展开研究（多在研究强度），这为本书的研究提供了突破口，即本书旨在研究植物纤维加捻、初始偏轴拉伸对植物纤维复合材料非线性力学行为的影响，研究其在小应变情况下（通常小于2%）的非线性应力—应变关系或本构模型，这是本书的出发点和创新基础。

本书利用试验研究、机理分析、数学建模、数值模拟等手段开展对植物纤维增强复合材料非线性力学行为的研究，主要内容如下：

（1）从加捻纵向拉伸非线性、无捻偏轴拉伸非线性，到加捻偏轴拉伸非线性，系统地介绍了植物纤维增强复合材料的非线性力学问题。

（2）针对不同研究对象和载荷条件，分别建立基于分段函数的纵向拉伸数学模型、单参数偏轴拉伸模型、多层次角度融合偏轴拉伸模型。

（3）结合有限元仿真软件对植物纤维增强复合材料非线性力学行为进行数值模拟，并举