二维三轴编织复合材料压缩失效行为的细观有限元模拟

论文摘要

为研究典型二维三轴编织复合材料（2DTBC）的压缩破坏机理,建立了细观有限元模拟方法体系。提出了反映编织复合材料真实几何特性的单胞模型建模策略,根据Murakami-Ohno损伤理论建立了各向异性损伤模型来模拟纤维束中的损伤起始和扩展行为,通过引入波动系数描述了纤维束的起伏状态,并采用内聚力单元来模拟界面分层。在此基础上,分析得到了二维三轴编织复合材料在压缩载荷下的破坏过程,研究了压缩载荷下纤维束和界面层的损伤演化,探讨了纤维束波动对压缩性能的影响规律。通过与相关试验结果对比,该模型能够准确预测二维三轴编织复合材料在面内压缩载荷下的力学响应和主要失效行为,以及自由边效应。细观失效过程分析结果表明,二维三轴编织复合材料轴向压缩的破坏是由轴向纤维束的纤维压缩失效主导的;横向压缩破坏则是由偏轴纤维束的纤维压缩失效引起的。

论文目录

• 1 材料与试验
• 2 细观有限元模型
•   2.1 单胞的几何参数
•   2.2 单胞的有限元模型
•   2.3 边界条件
• 3 材料的力学本构
•   3.1 纤维束渐进损伤模型
•     3.1.1 失效判据
•     3.1.2 损伤演化模型
•     3.1.3 纤维束刚度和强度预测方法
•     3.1.4 纤维束力学参数
•   3.2 轴向纤维束的刚度折减
•   3.3 界面损伤模型
• 4 结果分析
•   4.1 模型验证
•   4.2 损伤分析
•     4.2.1 轴向压缩
•     4.2.2 横向压缩
•   4.3 轴向纤维束波动幅度对压缩刚度的影响
•   4.4 纤维束压缩强度对压缩损伤的影响
• 5 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘鹏,郭亚洲,赵振强,邢军,张超

关键词: 二维三轴编织复合材料,有限元方法,细观尺度,纤维束波动,压缩强度,渐进损伤行为

来源: 航空学报 2019年07期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,工程科技Ⅰ辑

专业: 材料科学

单位: 西北工业大学航空学院,西北工业大学陕西省冲击动力学及工程应用重点实验室,中国民用航空适航审定中心

基金: 国家自然科学基金(11772267)~~

分类号: TB33

页码: 119-133

总页数: 15

文件大小: 1136K

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