玻纤增强复合材料裂纹扩展与分层分析

摘要整理

复合材料结构行为的建模是一项复杂而富有挑战性的工作，因为材料在加载条件下的响应难以预测，失效表现形式多样。在叠层纤维增强复合材料中，主要失效机制包括：(i)基体材料失效（横向开裂）、(ii)分层和(iii)纤维断裂。横向开裂过程是一种已被充分研究的损伤机制，可用于数值模拟以研究各参数对裂纹密度的影响。本文采用ABAQUS有限元软件对单向拉伸加载下的叠层复合材料进行建模，考虑所有潜在的损伤机制。模型采用剪滞效应来确定应力传递，并采用均质化方法计算弹性和粘弹性材料性能。通过赋予服从高斯分布的界面强度引入随机性，以预测横向于0°层的裂纹扩展序列直至饱和。结果与现有实验测量数据进行对比，显示良好的一致性。最后，建立了叠层代表体积元(RVE)模型，在单向拉伸加载下进行裂纹扩展模拟，采用扩展有限元法(XFEM)进行建模。裂纹尖端周围的应力集中计算结果与细观尺度模型相符。

相关论文