考虑层间和层内裂纹及非均质纤维-基体模型的交叉铺层复合材料分层断裂韧性预测

摘要整理

本研究建立了有限元策略以更准确地模拟多向铺层复合材料的非线性失效行为。该方法基于影响应变能释放率(SERR)的参数进行分析。层间分层与基体裂纹之间的相互作用，以及相邻不同纤维取向铺层性能失配引起的纤维周围混合应力分布都会影响应变能释放率。因此，本研究通过考虑基体裂纹和非均质纤维-基体模型的影响，改进了交叉铺层复合材料的损伤行为预测。采用内聚界面单元(CZM)模拟分层和基体裂纹损伤，在90°铺层内垂直放置内聚单元以模拟基体裂纹。利用CZM方法、ABAQUS子程序和Python编程实现了基体裂纹的自动建模。双悬臂梁(DCB)试验的载荷-位移曲线表明，同时考虑分层和基体裂纹时，交叉铺层复合材料的载荷-位移曲线更早进入非线性阶段，数值结果与实验结果具有良好的一致性。交叉铺层DCB试件的模拟结果表明，通过模拟90°铺层内的周期性基体裂纹，90/0界面的断裂韧性(GIc)参数可提高约20%，同时能够预测裂纹跳跃、粘滑现象和局部硬化行为，与实验现象相符。

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