雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的均勻化有限元模擬.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRC）作為復(fù)合材料重要類型的一種，由于其具有的杰出的機(jī)械力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。但多數(shù)的研究都是基于單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（UFRC）。與 UFRC不同的是，雙向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRC）可以沿著兩個不同的方向定義其面內(nèi)的力學(xué)性能。然而，由兩種或多種相異的材料組成的復(fù)合材料的力學(xué)性能，不僅僅取決于其各組成成份的性能和結(jié)構(gòu)，在一定程度上還受到界面的影響。因此，本文以 BFRC為研究對象，基于有限元方法和漸進(jìn)均勻

2、化方法，研究其整體性能以及界面性能對其整體宏觀性能的影響。本文的研究內(nèi)容及得到的結(jié)論主要包括以下幾個方面：
　　首先，本文提出一種簡化的微觀結(jié)構(gòu)解析模型，分別預(yù)測纖維泊松比的變化、纖維/基體模量比的變化以及纖維體積含量的變化對連續(xù)BFRC宏觀等效力學(xué)性能的影響。且為驗證解析模型的可靠性，通過 ABAQUS有限元建立了三維（3D）代表性體積單元（RVE）的細(xì)觀模型與其進(jìn)行對比，并編譯了相關(guān)用戶子程序代碼。結(jié)果表明：本文所提出的解析模

3、型與均勻化有限元方法模擬結(jié)果對比，能較好的評估BFRC等效彈性模量并較合理的預(yù)測抗拉強(qiáng)度的變化趨勢。
　　其次，采用均勻化有限元的方法，基于表面的內(nèi)聚力行為來研究無厚界面情況下，界面性能對 BFRC的宏觀等效彈性模量和抗拉強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：BFRC的抗拉強(qiáng)度受粘度系數(shù)的影響較??；宏觀等效參數(shù)都隨著界面剛度的降低而逐漸減?。徊煌缑鎰偠认?BFRC面外發(fā)生失效破壞的形式不太相同；與界面斷裂能相比，界面強(qiáng)度和界面剛度對面外抗拉強(qiáng)度

4、有顯著影響，而對面內(nèi)抗拉強(qiáng)度影響較??；隨纖維含量的增加面內(nèi)抗拉強(qiáng)度大幅增加，面外抗拉強(qiáng)度卻逐漸減?。慌c不考慮界面情況相比，界面的存在會降低BFRC的抗拉強(qiáng)度。
　　最后，采用有限元方法用內(nèi)聚模型代替具有一定厚度的界面相，進(jìn)一步分析界面相厚度、模量及強(qiáng)度對 BFRC力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：界面相厚度的減小，使得宏觀等效彈性模量和泊松比都逐漸增加；界面相模量越大，BFRC等效彈性模量也越大，而抗拉強(qiáng)度卻逐漸減??；界面相強(qiáng)度越大 BF