混杂复合材料拉伸失效过程的两尺度数值模拟

摘要：

建立了混杂复合材料纤维和纤维束两个尺度的三维有限元模型.纤维尺度模型包含了单种纤维和树脂基体,考虑了纤维、基体、纤维/基体界面等微观失效机理,以此得到了单种纤维复合材料(纤维束)的强度参数;纤维束尺度模型包含了不同种类的纤维束,考虑了纤维束自身及相邻纤维束之间界面的失效.模型中各组分材料的损伤和失效均采用粘聚力模型模拟,反映出材料中裂纹的分布和扩展情况.两级模型的计算均采用显式有限元算法,可考虑纤维断裂时释放出的能量对周围材料的冲击效应.两级模型还分别引入了纤维和纤维束强度参数的Weibull分布,考虑了破坏的随机性.用上述模型模拟了不同混杂比例、不同混杂方式的碳/玻纤维混杂复合材料拉伸失效过程.研究发现碳纤维束体积含量小于等于10％时有明显的二次破坏现象,此时夹芯混杂材料的最大伸长率和拉伸强度略高于分散混杂材料;当碳纤维束体积含量大于10％时,二次破坏不明显,且两种混杂方式对材料的强度影响不大.

关键词：混杂复合材料、有限元分析、粘聚力模型、Weibull分布、拉伸性能

所属期刊栏目：38

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：The project supported by the National Natural Science Foundation of China No.11272147,10772078,and the Chinese Aviation Science Fund No.2013ZF52074,and the Fund of State Key Laboratory of Mechanical Structural Mechanics and Control No.0214G02,and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions,and the Natural Science Foundation of Jiangsu Province No.BK20130787.国家自然科学基金资助项目11272147,10772078;航空科学基金2013ZF52074;机械结构力学及控制国家重点实验室基金0214G02;江苏省高校优势学科建设工程项目;江苏省自然科学基金BK20130787.

在线出版日期：2016-11-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1008-1015