基于计算微观力学的单向碳纤维增强复合材料层板在横向和面内剪切应力状态下失效预测

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本文建立了一个基于微观力学的三维有限元模型，用于预测TC33/环氧碳纤维增强复合材料（CFRP）单向层板在双轴加载条件下的损伤起始、扩展和失效强度。有限元模型通过引入具有随机纤维分布和非零厚度的代表体积元（RVE），以及通过内聚单元数值识别的界面相来建立。模型中碳纤维视为弹性体，基体的弹塑性行为和损伤分别由扩展Drucker-Prager屈服准则和延性损伤准则控制。通过对RVE施加周期边界条件，进行了单轴和双轴加载工况的数值分析。在横向与面内剪切应力复合作用下，捕捉到了从压缩/拉伸主导向剪切主导的失效转变，并讨论了界面强度对损伤机制转变的影响。将相应的失效轨迹与三种现象学失效准则（Hashin准则、Tsai-Wu准则和Puck准则）的上下界预测进行了对比。研究发现：在界面较弱的CFRP层板界面主导失效情况下，Hashin准则表现最优；在界面较强的基体主导失效情况下，Puck准则表现最优；相比之下，Tsai-Wu准则在两种情况下均表现出较为中立的预测性能，综合性能更优。

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