张华山
,
黄争鸣
玻璃钢/复合材料
doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2008.05.003
将复合材料细观力学桥联模型与有限元软件ABAQUS结合,用于分析层合板受低速冲击作用的极限承载能力.通过确定组分材料是否破坏来判断单层板是否破坏,对破坏后的单层实施一种常系数刚度衰减.将细观力学本构模型、针对组分材料的破坏判据以及刚度衰减模式编制成用户子程序VUMAT,为ABAQUS求解层合板的极限冲击响应提供一种自定义材料模型.只需要输入纤维和基体的材料参数、纤维体积含量等有限数据并且无须单层板的实验数据,就能顺利实施复合材料层合板结构的冲击承载能力分析.所计算的层合板的挠度-时间曲线以及横向冲击力-时间曲线与实验值吻合良好,说明本文的方法是有效的.
关键词:
复合材料层合板
,
细观模型
,
横向冲击
,
破坏准则
,
刚度衰减
沈涛
,
宋来忠
,
孙艳海
材料导报
在细观层次上,泡沫混凝土可认为由人工引入的气孔和水泥浆体两相材料复合而成.利用参数化方法,生成大量随机分布的椭圆(椭球),分别建立孔隙率为58％的二维和孔隙率为50％的三维泡沫混凝土数值试件.对二维泡沫混凝土数值试件进行瞬态热学分析,观察热流量在泡沫混凝土内部的传播运动规律,探究了泡沫混凝土的保温隔热机理;模拟稳态平板法测导热系数的工况,对三维泡沫混凝土数值试件进行稳态热学分析,得出试件热面和冷面的温度值,再利用傅里叶定律计算得到泡沫混凝土的导热系数,数值模型计算得到的导热系数与实验测定的导热系数吻合得很好.
关键词:
泡沫混凝土
,
细观模型
,
热学分析
,
导热系数
周丽
,
崔超
,
贾清
,
马英石
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2016.00256
运用ABAQUS有限元软件建立了γ-TiAl 金属间化合物铣削加工的细观模型,分析了不同材料模型的加工表面形貌及边缘断裂形成机理。结果表明,由于片层之间的材料特性不同,加工过程中片层与片层之间更容易出现裂纹或凹坑。同时,由于其较低的延展性,γ-TiAl 金属间化合物加工出口处形成较大的负剪切平面,从而导致边缘断裂。通过与实验结果比较,发现γ-TiAl 金属间化合物铣削加工表面粗糙度和边缘断口尺寸均小于由正六边形片层细观模型所得的模拟值,且略高于由矩形片层细观模型所得的模拟值。同时,加工表面粗糙度和边缘断口尺寸随切削深度的增加而逐渐增大,而切削速率的影响较小。因此,为了得到更好的加工表面质量,γ-TiAl 金属间化合物加工过程中应尽可能地采用较高的切削速率,而不是切削深度。
关键词:
γ-TiAl 金属间化合物
,
铣削加工
,
细观模型
,
有限元
俞家欢
,
刘琼阳
复合材料学报
从细观尺度研究受拉水泥基复合材料中倾斜纤维的桥联行为,以分析承受轴向拉伸的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能.将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算有效描述受拉纤维混凝土的受力过程.给出了拉拔力、拉拔总功与裂纹张开位移和纤维倾斜角的函数关系.结果表明,增加纤维的倾斜角度会降低纤维的裂纹桥联力,拉拔力和拉拔总功的理论计算结果与试验结果有较好的一致性.
关键词:
纤维混凝土
,
裂纹张开位移
,
约束参数
,
变位约束
,
细观模型
沈创石
,
韩小平
,
何欣辉
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150429.001
针对缠绕复合材料交叉起伏区域的细观结构,建立了一种细观分析模型.首先,将纤维交叉起伏区域划分为环向交叉起伏区和螺旋交叉起伏区2种类型;然后,以缠绕面为基准,用平行横截面将起伏区域空间结构模型离散化为多个子模型,运用纤维束起伏角、富树脂区域尺寸、纤维束的体积分数、纤维束的横截面形状及尺寸等细观参数来描述缠绕复合材料交叉起伏区域的细观结构.基于所建立的细观模型及层合板理论,提出了缠绕复合材料交叉起伏区域的等效刚度计算方法.通过算例研究了纤维束截面、纤维束起伏角以及富树脂区体积分数等细观参数对局部区域等效刚度的影响.结果表明:环向交叉起伏区的弹性模量比螺旋交叉起伏区下降得更为明显;在富树脂区域,弹性模量和剪切模量降低较为明显,而泊松比则有所增大.纤维束厚度增加及纤维束截面变化对交叉起伏区域等效刚度会产生明显影响.
关键词:
缠绕复合材料
,
纤维交叉起伏
,
细观模型
,
富树脂区域
,
刚度
乌布力艾散·麦麦提图尔荪
,
葛超
,
董永香
,
宋卿
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.015
通过细观力学有限元方法对Al颗粒增强聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料的宏观力学性能进行了研究,基于Al颗粒粒径分布统计规律及通过SEM对该复合材料孔洞含量的统计分析,在细观层次上建立了考虑颗粒和孔洞位置和尺寸分布的随机代表性体积单元(RVE),借助ABAQUS有限元软件,对二维平面应变和三维实体模型在单轴压缩载荷作用下的力学行为进行了数值仿真;并施加了周期性边界条件(PBC)以提高数值计算结果的准确性.此外,分析了不同颗粒含量下复合材料准静态应力-应变关系,重点对细观有限元模型与准静态压缩试验结果进行了对比分析.研究结果表明:二维和三维2种模型均能较好地模拟Al/PTFE的宏观力学性能,且二维模型较三维模型计算效率更高,并进一步证实了PBC的正确性和有效性.
关键词:
Al/PTFE
,
代表性体积单元
,
细观模型
,
周期性边界条件
,
孔洞
,
随机分布
高汉卿
,
贾振元
,
王福吉
,
宿友亮
,
朱浩杰
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20150907.003
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在细观上呈现纤维、树脂及界面组成的混合态,其切削加工过程的实质为刀具作用下材料细观层面的破坏至切屑宏观形成的演化过程.为了揭示CFRP切削加工过程中材料的细观破坏,建立了CFRP切削的细观有限元模型.该模型在几何上包含了纤维、基体及界面等组成相,而不是使用传统的等效均质建模方法.各组成相不仅考虑了各自不同的材料本构,而且为了能够模拟材料破坏,还将各组成相材料的失效及演化准则考虑其中.该模型可从细观层面更真实地模拟不同纤维角度CFRP单向板切削过程中纤维/基体断裂、界面开裂及演化的过程.仿真结果表明:不同纤维角度下CFRP细观破坏不同,切削0°CFRP时以界面开裂和纤维弯断为主;切削45°/90°CFRP时主要是刀具侵入工件,纤维基体被压断;切削135°CFRP时则以纤维弯曲断裂为主,断裂面往往在加工面以下.通过实验显微在线观测手段验证了模拟结果的正确性.
关键词:
CFRP
,
有限元仿真
,
细观模型
,
细观破坏
,
切屑
程震
,
石多奇
,
景鑫
,
杨晓光
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.009
基于对三维四向编织陶瓷基复合材料 CT 扫描结果的观察和理论分析，参考现有交织模型，建立了改进的胞元三维实体模型，较为真实地反映了材料内部的细观结构。模型内部纤维束横截面沿纤维束轴向不断发生形状和面积的周期性变化，纤维束横截面呈平行四边形、五边形交替变化，不同纤维束轴线间呈交织关系，接近材料内部纤维束间打紧后的挤压变形规律。通过测算平均纱线填充因子并配合有限元法获得了纤维束及材料的弹性性能，与试验结果符合较好。有限元仿真显示在材料单胞内，纤维束承担主要载荷，纤维束与基体的某些交界处往往会出现应力集中现象，可能是发生裂纹扩展及局部破坏的主要区域。该细观应力场的获得也为分析材料破坏机理和强度提供了基础。
关键词:
三维四向
,
陶瓷基复合材料
,
纤维束截面
,
细观模型
,
弹性常数
和欣辉
,
韩小平
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.04.013
针对纤维交叉起伏区域残余应力,建立一种细观分析模型.基于热传导方程、固化反应动力学模型和复合材料层合理论,采用有限元方法和细观分析模型,对缠绕复合材料在固化工艺过程中的残余应力分布及其变化规律进行数值模拟.通过算例,研究纤维起伏区域残余应力的分布特点,结果表明:起伏纤维束不同位置处残余应力差别很大,层合区纤维束呈现拉应力状态,起伏区纤维束呈现压应力状态,富树脂区出现最大压应力;残余应力沿纤维束起伏方向呈现V型变化趋势,在纤维束上不同位置出现拉、压不同的应力状态,起伏角度最大处出现最大压应力.
关键词:
纤维缠绕复合材料
,
固化过程
,
残余应力
,
纤维束交叉起伏
,
细观模型
