基于内聚单元的复合材料分层R曲线效应数值研究

摘要整理

本文采用内聚单元方法对复合材料分层扩展中的R曲线效应进行了数值研究。R曲线效应是指由于纤维桥接等增韧机制的作用，裂纹扩展阻力随分层扩展而增加的现象。传统数值模型通常忽视此效应，假设断裂韧性为常数。本研究采用基于内聚单元和双线性牵引-分离本构关系叠加的数值方法，准确预测了三点弯曲试验中碳纤维/环氧树脂皮-加强板复合材料试件的R曲线效应。该碳纤维/环氧树脂材料对纤维桥接现象表现出两种不同的敏感性，产生两条不同的R曲线。与文献实验数据的对比（包括载荷-位移曲线、分层面积-位移曲线及超声C扫描图像）验证了所采用方法在模拟R曲线效应中的有效性。预测的数值刚度与实验离散度相符，最大载荷相比平均实验结果略低约15%。该数值模型准确预测了实验数据中观察到的R曲线效应，对纤维桥接敏感性较高的材料构型，最大载荷增加了31%。

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