基于ECPL模型的平紋機(jī)織復(fù)合材料低速沖擊多尺度模擬
發(fā)布時(shí)間：2021-03-04 18:12
采用多尺度方法對平紋機(jī)織復(fù)合材料低速沖擊損傷進(jìn)行了數(shù)值模擬。建立E玻璃纖維束的微觀單胞模型,計(jì)算出纖維束的等效剛度和強(qiáng)度;然后建立平紋機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)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(xì)觀模型進(jìn)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(xì)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(shí)將建立的ECPL模型擴(kuò)展成宏觀模型并對其低速沖擊損傷進(jìn)行數(shù)值模擬,得出沖擊能量為30 J下平紋機(jī)織復(fù)合材料的力位移曲線及能量曲線并與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(yàn)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(yàn)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)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(jī)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(jìn)行研究。圖2為平紋機(jī)織復(fù)合材料細(xì)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(diǎn)連接以保證位移的連續(xù)性,纖維束體積分?jǐn)?shù)為62%。由于玻璃纖維在機(jī)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(jī)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]Low velocity impact studies of E-glass/epoxy composite laminates at different thicknesses and temperatures[J]. T.Sreekantha Reddy,P.Rama Subba Reddy,Vemuri Madhu. Defence Technology. 2019(06)
[2]纖維束波動效應(yīng)對平紋編織復(fù)合材料損傷行為的影響[J]. 楊光猛,萬小朋,侯赤. 復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2020(01)
[3]搭接長度和鋪層方式對CFRP復(fù)合材料層合板膠接結(jié)構(gòu)連接性能和損傷行為的影響[J]. 毛振剛,侯玉亮,李成,鐵瑛,孫李剛. 復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2020(01)
[4]復(fù)合材料低速沖擊損傷評估數(shù)值分析與試驗(yàn)研究[J]. 徐瑀童,左洪福,陸曉華,邵傳金,李鑫. 振動與沖擊. 2019(03)
[5]補(bǔ)片參數(shù)對膠接修理碳纖維層合板抗沖擊損傷性能的影響[J]. 周喜輝,鐵瑛,李成,侯玉亮. 振動與沖擊. 2019(03)
[6]復(fù)合材料單搭接膠接接頭低速沖擊數(shù)值模擬[J]. 羅書舟,陳超,伍乾坤,胡德安. 振動與沖擊. 2019(01)
[7]基于改進(jìn)Hashin準(zhǔn)則的復(fù)合材料低速沖擊損傷研究[J]. 劉萬雷,常新龍,張曉軍,胡寬,張有宏. 振動與沖擊. 2016(12)
[8]二維三軸編織復(fù)合材料的彈性性能分析[J]. 嚴(yán)雪,許希武,張超. 固體力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)
博士論文
[1]低速載荷下機(jī)織層合碳纖維復(fù)合材料損傷及其仿真研究[D]. 敖文宏.吉林大學(xué) 2018
[2]機(jī)織復(fù)合材料多尺度漸進(jìn)損傷研究[D]. 王新峰.南京航空航天大學(xué) 2007
本文編號：3063666
【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(jī)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(jìn)行研究。圖2為平紋機(jī)織復(fù)合材料細(xì)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(diǎn)連接以保證位移的連續(xù)性,纖維束體積分?jǐn)?shù)為62%。由于玻璃纖維在機(jī)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(jī)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]Low velocity impact studies of E-glass/epoxy composite laminates at different thicknesses and temperatures[J]. T.Sreekantha Reddy,P.Rama Subba Reddy,Vemuri Madhu. Defence Technology. 2019(06)
[2]纖維束波動效應(yīng)對平紋編織復(fù)合材料損傷行為的影響[J]. 楊光猛,萬小朋,侯赤. 復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2020(01)
[3]搭接長度和鋪層方式對CFRP復(fù)合材料層合板膠接結(jié)構(gòu)連接性能和損傷行為的影響[J]. 毛振剛,侯玉亮,李成,鐵瑛,孫李剛. 復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2020(01)
[4]復(fù)合材料低速沖擊損傷評估數(shù)值分析與試驗(yàn)研究[J]. 徐瑀童,左洪福,陸曉華,邵傳金,李鑫. 振動與沖擊. 2019(03)
[5]補(bǔ)片參數(shù)對膠接修理碳纖維層合板抗沖擊損傷性能的影響[J]. 周喜輝,鐵瑛,李成,侯玉亮. 振動與沖擊. 2019(03)
[6]復(fù)合材料單搭接膠接接頭低速沖擊數(shù)值模擬[J]. 羅書舟,陳超,伍乾坤,胡德安. 振動與沖擊. 2019(01)
[7]基于改進(jìn)Hashin準(zhǔn)則的復(fù)合材料低速沖擊損傷研究[J]. 劉萬雷,常新龍,張曉軍,胡寬,張有宏. 振動與沖擊. 2016(12)
[8]二維三軸編織復(fù)合材料的彈性性能分析[J]. 嚴(yán)雪,許希武,張超. 固體力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)
博士論文
[1]低速載荷下機(jī)織層合碳纖維復(fù)合材料損傷及其仿真研究[D]. 敖文宏.吉林大學(xué) 2018
[2]機(jī)織復(fù)合材料多尺度漸進(jìn)損傷研究[D]. 王新峰.南京航空航天大學(xué) 2007
本文編號：3063666
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