力学与失效英文2021被引 17

3D4d编织复合材料轴在扭转载荷下的损伤失效分析及编织工艺参数对扭转性能的影响

Damage and failure analyses of <scp>3D4d</scp> braided composite shafts under torsional load and the effects of braid processing parameters on their torsional properties

Ya Wang, Ya Wang, Zhenguo Liu, Yun‐Peng Yi, Yuchen Wei, Zhijian Li, Yi‐Bo Wang, Yi‐Bo Wang · Wind Power Engineering (Japan)

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期刊 / 来源Polymer Composites

卷/期/页42 / 4 / 1912-1944

DOI10.1002/pc.25946

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关键词：3D编织复合材料扭转性能渐进损伤Hashin失效准则编织角工艺参数优化有限元分析微观结构

摘要整理

本文对3D4d编织复合材料轴的扭转性能进行了数值模拟和实验研究。首先进行了扭转试验，随后基于几何映射关系构建了参数化管状单胞模型，以详细描述轴的微观几何结构。采用有限变形理论推导了局部纱线取向，并采用3D Hashin失效准则模拟了轴的渐进损伤行为。预测结果与实验结果吻合良好，验证了有限元模型的准确性。基于有限元分析结果，详细分析了损伤演化过程，发现纵向受压纱线的横向剪切-拉伸复合损伤是3D4d编织复合材料轴在扭转载荷下失效的关键因素。表面损伤首先萌生，随后向内部结构扩展，而内部损伤在最终失效形态中更为严重。研究还分析了编织工艺参数（M、N、γr和r1）对扭转性能的影响。数值模拟结果表明，所有四个参数均呈现先增后减的依赖关系，当平均编织角约为45°时可获得峰值扭转性能。该研究为3D编织复合材料轴的设计优化提供了理论依据。

3D4d编织复合材料轴在扭转载荷下的损伤失效分析及编织工艺参数对扭转性能的影响

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