三维四向和五向编织复合材料冲击断裂行为的多尺度模拟

发布时间：2020-12-08 21:26

　　为对三维编织复合材料的结构特性进行模拟预测分析,采用一种多尺度和细观结构结合的方法,建立三维编织复合材料的等效拼接组合模型,进一步揭示编织复合材料在微观结构水平下的冲击损伤演化、裂纹扩展和能量吸收。设计制备三维四向和三维五向2种编织结构的碳/环氧树脂三维编织复合材料,根据编织参数建立等效拼接组合模型;通过落锤式冲击试验仪结合高速摄影系统记录2种编织复合材料在低速冲击下的断裂行为,与等效拼接组合模型在有限元数值模拟结果相对比,验证等效拼接组合模型的有效性。模拟结果表明,相同的体积分数下轴纱表现出最高的能量吸收,由于轴纱的存在,三维五向编织复合材料的抗裂性和裂纹扩展性优于三维四向编织复合材料。 

【文章来源】：纺织学报. 2020年10期 第67-73页 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

纱线分层图解

图2 纱线分层图解中尺度单胞模型的工程常数列于表2中。使用内单胞、面单胞和角单胞进一步计算宏观模型的机械性质。内单胞的纤维体积分数为71.28%(三维四向)、73.63%(三维五向)，面单胞的纤维体积分数为26.73%(三维四向)，24.54%(三维五向)。然而，2种编织结构模型角单胞的纤维体积分数仅占整个模型的1.83%和1.99%，可忽略不计。因此，可使用内单胞和面单胞来表示整个编织结构。

为提高仿真效率，本文建立了三维编织复合材料的等效拼接组合模型(ECM)，如图4所示。模型由2部分组成:一个是围绕冲击区域的三维编织复合材料的全尺寸结构;另一个是没有纱线结构的宏观结构模型。图中模型图表示编织结构预制件的细观结构。编织纱线和轴向纱线的横截面由六边形和四边形组成，这是由编织复合材料中纱线的挤压状态引起的。对于三维编织复合材料样品中除去冲击区域的周围部件，在冲击实验期间没有损坏且几乎没有变形。因此，可使用宏观模型来模拟非冲击区域部分，同时在冲击区域周围的组件被建模为全尺寸结构模型。通过共享节点技术合并了2个组件，即细观结构模型和宏观结构模型网格结构在界面处采用相同的节点，以确保能量分布和应力波的平稳传递。2.3 冲击实验模型

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]三维角联锁机织复合材料低速冲击力学性能及有限元分析[D]. 张强.东华大学 2012



本文编号：2905713