基于ECPL模型的平纹机织复合材料低速冲击多尺度模拟

发布时间：2021-03-04 18:12

　　采用多尺度方法对平纹机织复合材料低速冲击损伤进行了数值模拟。建立E玻璃纤维束的微观单胞模型,计算出纤维束的等效刚度和强度;然后建立平纹机织复合材料的细观单胞模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对细观模型进行损伤演化模拟;提出一种新的基于体积平均法的局部均匀化方法,将细观模型转化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板（ECPL）模型,同时将建立的ECPL模型扩展成宏观模型并对其低速冲击损伤进行数值模拟,得出冲击能量为30 J下平纹机织复合材料的力位移曲线及能量曲线并与文献中的试验结果进行了对比。结果表明,由于层合板未发生穿孔破坏,力和位移均呈现先增大后减小的趋势,数值模拟峰值力为5 621 N,与试验值误差为1.3%;并且层合板失效形式主要为纤维和基体拉伸损伤及层间分层损伤。宏观ECPL低速冲击模型的数值与试验结果吻合较好,验证了局部均匀化方法和多尺度模型的有效性。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(20)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

纤维束微观单胞几何模型及有限元模型

平纹机织复合材料主要由经、纬向纤维束及基体材料组成,本文基于代表性体积单元对其性能进行研究。图2为平纹机织复合材料细观单胞的几何模型和有限元模型,模型采用四面体单元离散而成,网格尺寸为0.2 mm。纤维和基体之间使用共节点连接以保证位移的连续性,纤维束体积分数为62%。由于玻璃纤维在机织过程中会产生波动,导致沿纤维束走向材料的主方向会发生变化,因此本文采用ABAQUS自带的离散方向功能(Discrete)来定义纤维束的材料主方向。纤维束材料主方向示意图如图3所示。由于本文假设在纤维束和纤维束之间存在一个最小厚度为0.01 mm的树脂囤积区,纤维束之间无直接接触,因此忽略纤维束之间的摩擦。

由于玻璃纤维在机织过程中会产生波动,导致沿纤维束走向材料的主方向会发生变化,因此本文采用ABAQUS自带的离散方向功能(Discrete)来定义纤维束的材料主方向。纤维束材料主方向示意图如图3所示。由于本文假设在纤维束和纤维束之间存在一个最小厚度为0.01 mm的树脂囤积区,纤维束之间无直接接触,因此忽略纤维束之间的摩擦。1.3 等效交叉层合板(ECPL)模型

【参考文献】：
期刊论文
[1]Low velocity impact studies of E-glass/epoxy composite laminates at different thicknesses and temperatures[J]. T.Sreekantha Reddy,P.Rama Subba Reddy,Vemuri Madhu.  Defence Technology. 2019(06)
[2]纤维束波动效应对平纹编织复合材料损伤行为的影响[J]. 杨光猛,万小朋,侯赤.  复合材料学报. 2020(01)
[3]搭接长度和铺层方式对CFRP复合材料层合板胶接结构连接性能和损伤行为的影响[J]. 毛振刚,侯玉亮,李成,铁瑛,孙李刚.  复合材料学报. 2020(01)
[4]复合材料低速冲击损伤评估数值分析与试验研究[J]. 徐瑀童,左洪福,陆晓华,邵传金,李鑫.  振动与冲击. 2019(03)
[5]补片参数对胶接修理碳纤维层合板抗冲击损伤性能的影响[J]. 周喜辉,铁瑛,李成,侯玉亮.  振动与冲击. 2019(03)
[6]复合材料单搭接胶接接头低速冲击数值模拟[J]. 罗书舟,陈超,伍乾坤,胡德安.  振动与冲击. 2019(01)
[7]基于改进Hashin准则的复合材料低速冲击损伤研究[J]. 刘万雷,常新龙,张晓军,胡宽,张有宏.  振动与冲击. 2016(12)
[8]二维三轴编织复合材料的弹性性能分析[J]. 严雪,许希武,张超.  固体力学学报. 2013(02)

博士论文
[1]低速载荷下机织层合碳纤维复合材料损伤及其仿真研究[D]. 敖文宏.吉林大学 2018
[2]机织复合材料多尺度渐进损伤研究[D]. 王新峰.南京航空航天大学 2007



本文编号：3063666