混杂复合材料拉伸失效过程的两尺度数值模拟
本文选题:混杂复合材料 + 有限元分析 ; 参考:《机械强度》2016年05期
【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。
[Abstract]:A three-dimensional finite element model of hybrid composite fiber and fiber bundle was established. The fiber scale model includes single fiber and resin matrix, considering the micro failure mechanism of fiber, matrix and fiber / matrix interface, the strength parameters of single fiber composite (fiber bundle) are obtained. The fiber bundle scale model includes different kinds of fiber bundles and considers the failure of the interface between the fiber bundles themselves and the adjacent bundles. The damage and failure of each component in the model are simulated by cohesive force model, which reflects the distribution and propagation of cracks in the material. The explicit finite element method is used to calculate the two-stage model, which can take into account the impact effect of the energy released from the fiber fracture on the surrounding materials. The two-stage model also introduces the Weibull distribution of fiber and fiber bundle strength parameters, and considers the randomness of failure. The tensile failure process of carbon / glassy fiber hybrid composites with different mixing ratios and different mixing modes was simulated by using the above model. When the volume content of carbon fiber bundle is less than or equal to 10, there is obvious secondary failure phenomenon. The maximum elongation and tensile strength of the sandwich hybrid material are slightly higher than that of the dispersed hybrid material, and when the volume content of carbon fiber bundle is greater than 10, the maximum elongation and tensile strength of the sandwich hybrid material are slightly higher than that of the dispersed hybrid material. The secondary failure is not obvious, and the strength of the material is not affected by the two mixing ways.
【作者单位】: 南京航空航天大学航空宇航学院;
【基金】: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)~~
【分类号】:TB33
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,本文编号:1852081
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