单向碳纤维增强复合材料纤维随机偏斜的微观和介观尺度压缩失效建模

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碳纤维增强复合材料（CFRP）的压缩强度和失效模式受纤维偏斜严重程度的影响。本文基于计算微观力学提出数值模型，研究纤维偏斜与压缩失效的关联机制。首先建立包含纤维、基体和界面三相的单纤维微观模型，捕捉偏斜严重程度对材料失效模式的影响。微观模型预测的纤维失效纵向应力分布表明，失效模式随初始偏斜程度变化可分为均匀压缩失效、压缩-弯曲复合失效和纤维屈曲三种。随后建立包含多根纤维的介观二维模型，研究褶皱带形成机制，该模型考虑纤维偏斜的分布特征，捕捉影响结构尺度复合材料压缩失效的关键几何特征。结果表明纤维偏斜角幅值、偏斜离散度（用标准差表征）和偏斜波长是纤维偏斜的关键参数，对压缩强度和褶皱带几何形态具有显著影响。研究建立了从微观单纤维到介观多纤维的失效机制预测体系，为理解CFRP压缩性能提供了理论基础。

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