采用多尺度方法對平紋機織復(fù)合材料低速沖擊損傷進行了數(shù)值模擬。建立E玻璃纖維束的微觀單胞模型,計算出纖維束的等效剛度和強度;然后建立平紋機織復(fù)合材料的細觀單胞模型,并基于連續(xù)損傷力學(xué)模型和三維Hashin失效準(zhǔn)則對細觀模型進行損傷演化模擬;提出一種新的基于體積平均法的局部均勻化方法,將細觀模型轉(zhuǎn)化為含有0°和90°單層的等效交叉層合板（ECPL）模型,同時將建立的ECPL模型擴展成宏觀模型并對其低速沖擊損傷進行數(shù)值模擬,得出沖擊能量為30 J下平紋機織復(fù)合材料的力位移曲線及能量曲線并與文獻中的試驗結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明,由于層合板未發(fā)生穿孔破壞,力和位移均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,數(shù)值模擬峰值力為5 621 N,與試驗值誤差為1.3%;并且層合板失效形式主要為纖維和基體拉伸損傷及層間分層損傷。宏觀ECPL低速沖擊模型的數(shù)值與試驗結(jié)果吻合較好,驗證了局部均勻化方法和多尺度模型的有效性。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(20)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

纖維束微觀單胞幾何模型及有限元模型

平紋機織復(fù)合材料主要由經(jīng)、緯向纖維束及基體材料組成,本文基于代表性體積單元對其性能進行研究。圖2為平紋機織復(fù)合材料細觀單胞的幾何模型和有限元模型,模型采用四面體單元離散而成,網(wǎng)格尺寸為0.2 mm。纖維和基體之間使用共節(jié)點連接以保證位移的連續(xù)性,纖維束體積分數(shù)為62%。由于玻璃纖維在機織過程中會產(chǎn)生波動,導(dǎo)致沿纖維束走向材料的主方向會發(fā)生變化,因此本文采用ABAQUS自帶的離散方向功能(Discrete)來定義纖維束的材料主方向。纖維束材料主方向示意圖如圖3所示。由于本文假設(shè)在纖維束和纖維束之間存在一個最小厚度為0.01 mm的樹脂囤積區(qū),纖維束之間無直接接觸,因此忽略纖維束之間的摩擦。

由于玻璃纖維在機織過程中會產(chǎn)生波動,導(dǎo)致沿纖維束走向材料的主方向會發(fā)生變化,因此本文采用ABAQUS自帶的離散方向功能(Discrete)來定義纖維束的材料主方向。纖維束材料主方向示意圖如圖3所示。由于本文假設(shè)在纖維束和纖維束之間存在一個最小厚度為0.01 mm的樹脂囤積區(qū),纖維束之間無直接接觸,因此忽略纖維束之間的摩擦。1.3 等效交叉層合板(ECPL)模型

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3063666