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相似文献
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1.
利用有限元方法求取单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数的计算模型包括三维模型、两维平面应变模型、单胞模型等等.由于单胞模型仅仅适用于纤维规则排列情况.在纤维随机分布且纤维大小亦为随机时,单向纤维增强复合材料横向弹性性能参数必须通过对于复合材料块体的计算才能获得.同时在随机分布纤维的数量增大时,三维模型和二维平面应变模型的计算量急剧增加,模型的处理能力不强.该文提出一种利用内嵌区域模型来计算含大量随机大小、随机分布细小纤维的单向纤维增强复合材料块体的横向弹性性能参数的方法,有效降低了计算量.在较低的计算费用下,能够快速获得单向纤维增强复合材料的横向弹性性能参数.  相似文献   

2.
袁欣  孙慧玉 《应用力学学报》2012,29(1):87-92,120
根据材料的细观结构,采用APDL语言分别建立了纤维束和三维编织复合材料两级单胞的参数化几何模型;推导了Prony级数表示的树脂粘弹性本构方程,对模型进行了组分材料参数设置;对纤维束单胞模型进行扫掠式网格划分,对三维编织复合材料单胞模型进行线-面-体式网格划分;对两级单胞模型均施加合理的边界条件,使单胞边界上的位移满足周期性和连续性。以有限元模型为基础,计算了三维编织复合材料的粘弹性能,并给出了材料粘弹性效应随工艺参数变化的规律。计算结果表明:三维编织复合材料编织方向的粘弹性效应随编织角的增大而增强,随纤维体积比的增大而减弱。该结果与已有实验结论一致。  相似文献   

3.
赵玉萍  王世鸣 《应用力学学报》2020,(1):321-329,I0022,I0023
以单纤维十字型横向拉伸试验为研究对象,对纤维/基体界面采用弹性-软化双线性内聚力模型,建立了纤维复合材料在横向拉伸作用下界面法向失效过程的解析模型。得到了沿纤维/基体圆周界面的法向应力分布,纤维/基体界面的状态与界面承载力和单纤维复合材料承载力的关系,以及内聚力参数和试件几何尺寸对它们的影响。结果表明:纤维/基体圆周界面在脱粘前经历全部弹性及弹性+软化两种状态;当界面为弹性状态时,界面法向应力随界面强度线性增加;当界面为弹性+软化状态时,界面软化范围随界面裂纹萌生位移的增加而增大;界面初始脱粘位置与拉伸荷载方向重合;界面初始脱粘时的界面承载力随界面强度及界面裂纹萌生位移的增加而增加,随界面裂纹生成位移的增加而降低;单纤维复合材料的脱粘荷载受基体截面尺寸的影响,当纤维体积含量相同时,沿荷载方向截面尺寸的增大对提高脱粘荷载更显著。  相似文献   

4.
三维编织复合材料几何建模及数值分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
论文根据三维编织复合材料的结构特点,把整体结构分为内部单胞、表面单胞和角单胞三种类型的子单胞,考虑空间纤维束的相互扭结和挤压所造成的纤维束的弯曲和截面变形,针对每种类型的子单胞,建立了相应的几何分析模型.引入周期性位移边界条件,建立了材料的弹性性能预报模型,得到了三维编织复合材料的工程弹性常数.通过数值比较可以看出,论文所给出的数值计算结果与实验结果吻合较好,从而验证了本文模型的有效性.  相似文献   

5.
郭晓龙  姚寅  陈少华 《力学学报》2021,53(5):1334-1344
界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用, 界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响. 然而由于复合材料内部结构较为复杂, 颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定, 尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法. 本文以氧化锆颗粒增强聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料为研究对象, 提出一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法. 首先, 实验获得纯PDMS基体材料及单颗粒填充PDMS试样的单轴拉伸应力$\!-\!$应变曲线, 标定出PDMS基体材料的单轴拉伸超弹性本构关系; 其次, 建立与单颗粒填充试样一致的有限元模型, 选择特定的黏结区模型描述界面力学行为, 通过样品不同阶段拉伸力学响应的实验与数值结果对比, 分别给出颗粒与基体界面的法向强度、切向强度及界面断裂韧性; 进一步应用标定的界面力学参数, 开展不同尺寸及不同数目颗粒填充试样的实验与数值结果比较, 验证界面性能预测结果的合理性. 本文提出的界面力学性能预测方法简便、易操作、精度高, 对定量预测颗粒增强复合材料的力学性能具有一定帮助, 亦对定量预测纤维增强复合材料的界面性能具有一定参考意义.   相似文献   

6.
许震宇  张若京  何伟 《力学季刊》2003,24(2):191-197
在某些纤维增强复合材料(FRC)中使用金属或高分子聚合物作为基体材料。在高温等情况下,这类材料具有明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘弹性特性。通过渐近均匀化方法给出了预测FRC整体三维本构关系的解析表达式。给出了应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。以圆截面纤维正方形排列的情形为例,给出了等效模量随纤维体积比的变化曲线。结果说明,这类复合材料仍具有粘弹性特性,其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献,粘性部分来自基体粘性的贡献,复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献,须求解两类局部问题。可以看出,在整体的等效模量中包含了局部变形的贡献,局部变形增加了复合材料的耦合刚度。  相似文献   

7.
二维三轴编织复合材料的弹性性能分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
提出了二维三轴编织复合材料的几何模型,模型考虑了纤维束的弯曲扭转状态及空间交错特性等几何元素。基于体积平均法,建立了预测二维三轴编织复合材料弹性性能的理论分析模型;通过引入更普遍适用的周期性位移边界条件,结合二维三轴编织复合材料的细观实体结构,建立了分析其力学性能的有限元模型。两种模型预测结果均与试验结果吻合,证明了方法的合理有效性。分析了材料受载下的细观应力分布,并讨论了编织参数对材料性能的影响。研究表明,二维三轴编织复合材料轴向性能得到了增强,应力分布更均匀,编织角以及纤维体积含量对材料弹性性能影响较大。  相似文献   

8.
文章提出一种有限元压缩方法,可以简单、高效地创建具有较高增强体体积分数的复合材料代表性体胞单元(RVE),其具体步骤如下:(1)基于随机顺序吸附(RSA)法生成具有较低增强体体积分数的复合材料周期性RVE;(2)在周期性边界条件约束下,采用有限元方法压缩前述创建的低增强体体积分数复合材料周期性RVE,得到有限元网格格式、具有较高增强体体积分数的复合材料周期性RVE;(3)通过后处理提取得到的高增强体体积分数复合材料周期性RVE中所有增强体的位置(和取向),进而创建CAD格式的复合材料周期性RVE.采用提出的有限元压缩方法,成功创建了体积分数达50.0%的球形增强体复合材料的周期性RVE.采用最近邻距离的概率分布函数、最近邻取向角的累积概率分布函数、Ripleys-K函数和对关联函数对创建的复合材料周期性RVE中球形增强体分布规律进行了统计分析,发现创建的复合材料周期性RVE中球形增强体空间随机分布.基于创建的复合材料周期性RVE和有限元均质法预测了不同类型的球形增强体复合材料的弹性性能,并与实验测试和双夹杂模型预测的结果进行了对比,验证了创建的复合材料周期性RVE及提出的有限元压缩方法...  相似文献   

9.
本文首先通过落锤低速冲击实验测试了纯玻璃纤维增强环氧树脂复合材料和304不锈钢丝网(SSWM)/玻璃纤维混杂复合材料的力学性能,探究了SSWM嵌入数量对混杂复合材料抗冲击性能的影响.随后采用Abaqus有限元软件建立了混杂复合材料的低速冲击模型,分别采用三维Hashin失效准则和Jason-Cook破坏准则模拟了纤维/基体和SSWM的损伤;建立了基于表面接触的内聚力模型来模拟界面分层;编写了VUMAT用户子程序定义混杂复合材料层合板的渐进失效过程.结果表明:相较于纯玻璃纤维增强环氧树脂层合板,SSWM/玻璃纤维混杂增强环氧树脂层合板的抗冲击性能更优,其中铺层形式为铺层III的混杂复合材料抗冲击性能最佳.通过对比发现有限元仿真结果与实验结果吻合良好,表明建立的模型适用于SSWM/玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击损伤的评估.通过分析仿真结果发现混杂复合材料的低速冲击损伤主要是冲击区域的纤维断裂、基体破坏和层间分层;SSWM通过吸收和传递冲击能量从而提升了混杂复合材料的抗冲击性能.  相似文献   

10.
纤维排列方式对复合材料总体粘弹性常数的影响   总被引:3,自引:0,他引:3  
对于金属基或高分子聚合物基复合材料,在特定情况下会表现出明显的粘弹性特性。本文采用Riemann—Liouville形式的分数阶导数模型描述基体的粘性特性,通过渐进均匀化方法给出了预测纤维加强复合材料整体本构关系的解析表达式,给出应用于基体具有Makris粘弹性关系的具体形式。最后,考察了圆截面纤维正方形排列和对角排列时的总体粘弹性弹性常数随纤维比的变化曲线。结果表明,这类复合材料仍具有粘弹性特性,其整体粘弹性本构关系的弹性部分综合了纤维弹性和基体弹性的贡献,粘性部分来自基体粘性的贡献,复合材料具有和基体相同的粘性系数和分数阶。为分析微结构特征对整体特性的贡献,须求解两类局部问题。在相同纤维体积比情况下,正方形排列的总体弹性系数大于正方形对角排列,而粘性常数相反。  相似文献   

11.
The mechanical behavior of uniaxially fiber-reinforced composites with a ductile rubber-toughened epoxy matrix was studied through the finite element analysis of a RVE of the composite microstructure. The fibers were represented by elastic and isotropic solids, while the rubber-modified epoxy matrix behaved as a elasto-viscoplastic solid. The matrix flow stress followed the model developed by Jeong [Jeong, H.-Y., 2002. A new yield function and a hydrostatic stress-controlled void nucleation model for porous solids with pressure-sensitive matrices. International Journal of Solids and Structures 39, 1385–1403.], which included the inherent pressure-sensitivity of the yield stress in the epoxy matrix, the damage due to the cavitation of the rubber particles and subsequent void growth, and the particular features of elastic–viscoplastic behavior in glassy polymers, particularly the intrinsic softening upon yield followed by hardening. Composites with either perfect or weak fiber/matrix interfaces (the latter introduced through cohesive elements) were studied to assess the influence of interface strength on the composite behavior. Simulations under transverse tension and out-of-plane shear were carried out to establish the effect of loading conditions on the dominant deformation and failure micromechanisms. In addition, the corresponding failure locus was obtained and compared with the predictions of current phenomenological failure criteria for composites. The range of validity of these criteria and the areas for further improvement were established by comparison with the numerical results.  相似文献   

12.
A parallel fiber-reinforced periodic elastic composite is considered with transversely iso-tropic constituents. Fibers with circular cross section are distributed with the same periodicity along the two perpendicular directions to the fiber orientation, i.e., the periodic cell of the composite is square. The composite exhibits imperfect contact, in particular, spring type at the interface between the fiber and matrix is modeled. Effective properties of this composite for in-plane and anti-plane local problems are calculated by means of a semi-analytic method, i.e. the differential equations that described the local problems obtained by asymptotic homogenization method are solved using the finite element method. Numerical computations are implemented and comparisons with exact solutions are presented.  相似文献   

13.
A numerical simulation for predicting the axial creep-rupture lifetime of continuous fiber-reinforced metal matrix composites is proposed, based on the finite element method. The simulation model is composed of line elements representing the fibers and four-node isoparametric plane elements representing the matrix. While the fibers behave as an elastic body at all times, the matrix behaves as an elasto-plastic body at the loading process and an elasto-plastic creep body at the creep process. It is further assumed in the simulation that the fibers are fractured not only in stress criterion but time-dependently with random nature. Simulation results were compared with the creep-rupture lifetime data of a boron-aluminum composite with 10% fiber volume fraction experimentally obtained. The simulated creep-rupture lifetimes agreed well with the averages of the experimental data. The proposed simulation is further carried out to predict a possibility of creep-rupture for the composite without time-dependent fiber breakage. It is finally concluded that the creep-rupture of a boron-aluminum composite is closely related with the shear stress relaxation occurring in the matrix as well as time-dependent fiber breakage.  相似文献   

14.
双周期圆截面纤维复合材料平面问题的解析法   总被引:4,自引:0,他引:4  
徐耀玲  蒋持平 《力学学报》2004,36(5):596-603
结合双准周期Riemann边值问题理论与Eshelby等效夹杂原理,为双周期圆截面纤维复合材 料平面问题发展了一个实用有效的解析方法,获得了问题的全场级数解并与有限元结果进行 了比较. 该方法为非均匀材料的力学性质分析和复合材料等新材料的微结构设计提供了 一个有效的计算工具,也可用来评估有限元等数值与近似方法的精度.  相似文献   

15.
随着纤维增强复合材料应用领域的不断扩展且用量激增,亟需理清复合材料微观结构损伤对宏观力学性能影响的内在机制。因此,发展针对纤维增强复合材料微结构破坏过程的建模与高效模拟方法就显得十分重要。本文借助显微CT(Micro-computed Tomography)扫描技术,提出了一种基于显微CT图像中像素点离散的近场动力学建模与模拟方法。一方面,近场动力学作为一种由积分方程建模的非局部理论,便于采用基于空间点离散的数值计算方法,相比传统的连续介质力学能够更有效地模拟材料从连续变形到裂纹萌生与扩展(非连续变形)的全过程。另一方面,对显微CT图像使用像素点灰度阈值分割处理技术,能够快速建立含有复合材料原位微结构信息的空间点离散模型。该离散模型可以直接用于微结构破坏过程的近场动力学模拟,从而避免了传统的数值模拟技术需要依据像素点先建立光滑的几何模型、再划分成有限单元网格的复杂前处理过程,并且极大地保留了复合材料的原位组分分布信息。数值模拟结果表明,基于显微CT图像的近场动力学建模方法能够精确捕捉到复合材料微结构信息,并能准确模拟纤维增强复合材料的微结构破坏过程。  相似文献   

16.
The fiber push-out test is a basic method to probe the mechanical properties of the fiber/matrix interface of fiber-reinforced metal matrix composites. In order to estimate the interfacial properties, parameters should be calibrated using the measured load–displacement data and theoretical models. In the case of a soft matrix composite, the possible plastic yield of the matrix has to be considered for the calibration. Since the conventional shear lag models are based on elastic behavior, a detailed assessment of the plastic effect is needed for accurate calibration. In this paper, experimental and simulation studies are presented regarding the effect of matrix plasticity on the push-out behavior of a copper matrix composite with strong interface bonding. Microscopic images exhibited significant local plastic deformation near the fibers leading to salient nonlinear response in the global load–displacement curve. For comparison, uncoated interface with no chemical bonding was also examined where the nonlinearity was not observed. A progressive FEM simulation was conducted for a complete push-out process using the cohesive zone model and inverse fitting. Excellent coincidence was achieved with the measured push-out curve. The predicted results confirmed the experimental observations.  相似文献   

17.
熊克  陶宝祺  金江 《实验力学》2000,15(2):253-256
本文对形状记忆合金(SMA)增强复合材料连接件模型进行了初步的实验分析和计算,结果表明:NiTiSMA丝产生的回复应力对连接件模型孔应变有明显的影响,埋入NiTi丝的复合材料连接件模型的拉伸破坏载荷有所提高,本研究为改善复合材料连接的强度问题作了有益的探索。  相似文献   

18.
A strategy for the mixed-dimensional coupling of finite shell elements and 3D boundary elements is presented. The stiffness formulation for the boundary element domain is generated by the 3D symmetric Galerkin boundary element method and thus can be assembled to the global finite element formulation. Based on the equality of work at the coupling interface, coupling equations in an integral sense are derived for curved coupling interfaces and formulated as multipoint constraints in terms of kinematic quantities. Several examples show the highly accurate results compared to a strict kinematic coupling technique.  相似文献   

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