CF-EP復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于其高的比強(qiáng)度、比模量以及優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、航空航天、以及海洋工程領(lǐng)域。但是近年來碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料斷裂問題日益突出，嚴(yán)重影響了復(fù)合材料構(gòu)件的使用安全。因此對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料內(nèi)的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行研究具有非常重要的意義。
　　本文首先選取作為復(fù)合材料基本單元的單胞模型，采用擴(kuò)展有限元方法，從細(xì)觀研究角度數(shù)值模擬分析了影響裂紋擴(kuò)展的因素，包括纖維體積含量、纖維/基體界面強(qiáng)度以及纖

2、維排布方式。獲得了細(xì)觀尺度下的裂紋擴(kuò)展特征。結(jié)果表明較低的纖維體積含量以及較強(qiáng)的界面一定程度上有利于復(fù)合材料抵抗裂紋擴(kuò)展，但是考慮到材料的剛度，纖維體積含量不宜過低，在本文中合理的纖維含量為40％。同時纖維的不均勻排布使得次裂紋易匯合成主裂紋，從而影響裂紋擴(kuò)展路徑。
　　基于內(nèi)聚力單元以及擴(kuò)展有限元方法分別數(shù)值模擬了裂紋在復(fù)合材料層合板的層間擴(kuò)展以及層內(nèi)擴(kuò)展，為層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的裂紋擴(kuò)展研究提供了參考與借鑒。模擬結(jié)果顯示層合板的鋪

3、層角度的選擇以及各角度鋪層所占體積百分比對層合板的裂紋擴(kuò)展有著很大的影響。小角度鋪層對于提高層合板初始裂紋擴(kuò)展的極限載荷具有非常重要的作用。小角度鋪層越多，層間拉伸極限載荷越大，同時層合板在單向拉伸時的首層破壞載荷越高。
　　通過水壓試驗(yàn)，確定了本文制備的用于水壓試驗(yàn)的層合板試樣在壓強(qiáng)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展門檻值為10MPa，壓強(qiáng)超過10MPa后，層合板仍然具有一定的承載能力。裂紋擴(kuò)展方向?yàn)榇怪庇诶w維方向。裂紋擴(kuò)展特征與數(shù)值模擬結(jié)果