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单向纤维增强复合材料有限变形的模型预测

Model prediction of unidirectional fiber-reinforced composites under finite deformation

Xing Lu, Jianhui Wei, Wei Zhao, Wenwu Zhang, Helezi Zhou, Zinan Liu, Xiongqi Peng, Zhigao Huang, Huamin Zhou · State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China
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期刊 / 来源Journal of Reinforced Plastics and Composites
卷/期/页44 / 19-20 / 1964-1978
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关键词:单向纤维增强复合材料纤维取向角有限变形应变能分解本构模型单胞分析纤维-基体相互作用

摘要整理

传统认知认为单向纤维增强复合材料(UD-FRPs)的力学模量随纤维取向角增大而单调递减。然而,本工作的数值结果与前期文献的实验结果表明,UD-FRPs的力学响应对纤维取向角呈U形依赖关系。为解释这一现象,本文建立了各向异性本构模型以捕捉UD-FRPs的力学行为。应变能分解为四个分量:基体、纤维、纤维-基体法向相互作用和剪切相互作用。通过匹配0°、45°和90°偏轴单胞的力学响应,确定各分量的贡献。模型预测结果与15°、30°、60°和75°偏轴单胞的数值模拟结果吻合良好。随着纤维取向角增大,基体分量保持不变,纤维分量递减,纤维-基体法向相互作用分量增加,纤维-基体剪切相互作用分量先增后减。应变能各分量贡献的变化规律解释了力学响应对纤维取向角U形依赖的机制。该研究对理解纤维增强复合材料的非线性力学行为具有重要意义。

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