隨機植物短纖維復(fù)合材料界面相性能對拉伸和斷裂行為的影響.pdf

1、隨機植物短纖維熱塑性復(fù)合材料是新型可降解、可循環(huán)利用的生物復(fù)合材料,因其優(yōu)異的拉伸性能和較高的斷裂韌性及質(zhì)量輕和成本低等優(yōu)點,廣泛被應(yīng)用于綠色汽車和高速列車等運載工具的內(nèi)承力構(gòu)件中,其斷裂力學(xué)行為備受制造業(yè)的重視。
　　本文采用內(nèi)聚區(qū)模型(Cohesive Zone Model,CZM)表征云杉木纖維和聚丙烯(Polypropylene,PP)基體間界面相的力學(xué)行為,編寫 Fortran程序生成具有不同纖維含量的隨機植物短纖維復(fù)合

2、材料的有限元模型,考慮木纖維是各向異性的,其材料主方向、位置和幾何取向分布是隨機的,PP基體材料是彈塑性的。
　　研究了界面相剛度、破壞初始有效位移、完全破壞有效位移和界面斷裂能等界面相參數(shù)對該復(fù)合材料宏觀拉伸行為的影響。分析表明,隨著界面相性能的增強復(fù)合材料的剛度和強度提高;界面相剛度對材料宏觀模量影響最大。計算模擬得到了不同纖維含量復(fù)合材料有效模量和界面剛度的關(guān)系曲線。結(jié)果表明隨界面剛度增大,復(fù)合材料剛度增加;界面剛度增大到接

3、近理想粘接界面時,材料剛度變化趨于常數(shù),與Hashin-Shtrikman模型計算結(jié)果一致。
　　采取上述模型建立復(fù)合材料彈塑性斷裂力學(xué)模型,研究了木纖維和基體之間界面相性能對材料斷裂力學(xué)行為的影響。數(shù)值結(jié)果表明,在相同載荷下隨界面剛度或界面斷裂能的增大,J積分下降;隨著載荷增加,界面斷裂能較小的材料的J積分首先開始下降;纖維基體界面斷裂能越高,復(fù)合材料發(fā)生斷裂破壞需要的能量越大;界面相性能的優(yōu)化能夠明顯地提高植物短纖維復(fù)合材料的