丁淑蓉
,
佟景伟
,
沈珉
,
F.Aymerich
,
P.Priolo
材料研究学报
使用有限元生成软件FEPG和表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维粘塑性模型, 计算了复合材料角铺设层合板在单向拉伸时的界面层间应力. 层间应力的三维分布图表明, AS4/PEEK对称角铺设层合板的层间剪应力在自由边缘处存在很明显的自由边缘效应; 层间正应力也存在自由边缘效应, 对于轴向拉伸, 其在自由边缘处的值为负. 随着铺设角的增大, 自由边缘处二者的值均减小. 层间应力存在端头效应, 甚至比边缘效应还明显. 随着铺设角的增大, 层间应力在两端头处的值降低, 层间正应力由压应力变为拉应力. 主要由纤维控制的角铺设AS4/PEEK层合板, 在自由边缘处较大的层间剪应力是引起其层间分层的主要原因; 主要由基体控制的角铺设AS4/PEEK层合板, 其首先产生的是面内应力破坏, 而不是层间分层.
关键词:
复合材料
,
null
,
null
,
null
丁淑蓉
,
佟景伟
,
沈珉
,
F.Aymerich
,
P.Priolo
材料研究学报
doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2005.02.011
使用有限元生成软件FEPG和表征热塑性复合材料AS4/PEEK非线性行为和应变率相关行为的三维粘塑性模型,计算了复合材料角铺设层合板在单向拉伸时的界面层间应力.层间应力的三维分布图表明,AS4/PEEK对称角铺设层合板的层间剪应力在自由边缘处存在很明显的自由边缘效应;层间正应力也存在自由边缘效应,对于轴向拉伸,其在自由边缘处的值为负.随着铺设角的增大,自由边缘处二者的值均减小.层间应力存在端头效应,甚至比边缘效应还明显.随着铺设角的增大,层间应力在两端头处的值降低,层间正应力由压应力变为拉应力.主要由纤维控制的角铺设AS4/PEEK层合板,在自由边缘处较大的层间剪应力是引起其层间分层的主要原因;主要由基体控制的角铺设AS4/PEEK层合板,其首先产生的是面内应力破坏,而不是层间分层.
关键词:
复合材料
,
AS4/PEEK
,
三维粘塑性模型
,
层间应力
,
损伤机理
沈珉
,
郝培
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150417.001
采用内聚力模型(CZM)描述颗粒增强复合材料(PRCs)颗粒/基体非理想界面的力学行为,采用细观力学的Mori-Tanaka(M-T)方法和稀释解方法研究非理想界面刚度对该复合材料有效模量的影响.结果表明:复合材料某一体积含量下的有效模量和其颗粒/基体非理想界面刚度之间存在单调递增的关系曲线.同一复合材料不同体积含量的有效模量和非理想界面刚度关系曲线存在一个临界交点(CP),该点对应的临界界面刚度控制着颗粒体积分数对有效模量的影响.研究了基体和增强相的力学性能以及增强颗粒的尺寸对CP点临界界面刚度的影响.采用有效模量-界面刚度关系曲线,结合实验测得的有效模量,提出了估算PRCs的非理想界面刚度的方法,进而估计了复合材料的宏观有效模量.
关键词:
颗粒增强复合材料
,
均匀化
,
有效模量
,
内聚力模型
,
非理想界面刚度
沈珉
,
孙晓翔
,
刘洋
材料研究学报
doi:10.11901/1005.3093.2015.625
研究了界面性能对随机短云杉纤维增强聚丙烯(PP)复合材料宏观拉伸性能的影响.采用双线性内聚力模型(CZM)描述随机短云杉纤维和PP基体间非理想界面的力学行为,建立了含非理想界面的随机短纤维增强复合材料代表性单元(RVE)的二维有限元模型,考虑了纤维含量、长细比、随机分布和随机各向异性弹性以及PP基体弹塑性的影响;模拟了不同纤维含量复合材料的实验拉伸应力应变曲线.结果表明,短云杉纤维/PP基体间非理想界面刚度与复合材料有效弹性模量之间有单调递增的曲线关系,即E-K曲线;同一复合材料不同纤维含量的E-K曲线簇有一个临界交点.在交点右侧强界面刚度区复合材料有效模量随着纤维含量的增加而提高,在交点左侧弱界面刚度区有效模量随着纤维含量的增加而减少.三种不同体积含量10％、20％和49％的云杉/PP复合材料的非理想界面刚度可用E-K曲线和实验测得的宏观有效弹性模量确定,云杉/PP界面初始破坏位移和界面完全破坏位移也可根据模拟拉伸应力应变曲线确定.数值分析结果能用非理想界面刚度来解释和理解随机短植物纤维体积含量对复合材料宏观有效模量的影响.
关键词:
短植物纤维
,
拉伸性能
,
有限元
,
纤维/基体界面
,
有效弹性模量
,
内聚力模型
沈珉
,
张晓旭
,
孙晓翔
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140609.002
提出了一种改进的实验与数值混合法.该方法采用随机短纤维增强复合材料的紧凑拉伸实验,首先得到材料的宏观内聚力模型,进而确定该材料纤维基体界面微观内聚力模型参数.通过有限元法和基于场投影的反解法得到了宏观内聚力模型结果,对比分析这两个方法的结果,得出该反解法对误差的容忍度较低.随后采用改进的反解法,用数字图像相关法(DIC)直接获取宏观内聚力模型分离量,减少了该反解法未知数的数量,提高了容错率.再将DIC和改进的反解法结合,对该材料裂纹尖端宏观内聚力区的牵引力进行了反解.采用双线性内聚力模型,根据Mori-Tanaka方法,将求得的宏观内聚力定律与纤维基体界面微观内聚力定律关联起来,从而求得了纤维基体界面微观内聚力模型参数.该方法和结果可为短纤维增强复合材料纤维基体界面的微观力学分析提供实验基础.
关键词:
植物短纤维复合材料
,
内聚力模型
,
基于场投影的反解法
,
数字图像相关法
,
Mori-Tanaka方法
,
纤维基体界面
