二維三軸編織復(fù)合材料壓縮失效行為的細(xì)觀有限元模擬

作者:劉鵬; 郭亞洲; 趙振強(qiáng); 邢軍; 張超 西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院; 西安710072; 西北工業(yè)大學(xué)陜西省沖擊動(dòng)力學(xué)及工程應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 西安710072; 中國(guó)民用航空適航審定中心; 北京100102

摘要:為研究典型二維三軸編織復(fù)合材料(2DTBC)的壓縮破壞機(jī)理,建立了細(xì)觀有限元模擬方法體系。提出了反映編織復(fù)合材料真實(shí)幾何特性的單胞模型建模策略,根據(jù)Murakami-Ohno損傷理論建立了各向異性損傷模型來(lái)模擬纖維束中的損傷起始和擴(kuò)展行為,通過(guò)引入波動(dòng)系數(shù)描述了纖維束的起伏狀態(tài),并采用內(nèi)聚力單元來(lái)模擬界面分層。在此基礎(chǔ)上,分析得到了二維三軸編織復(fù)合材料在壓縮載荷下的破壞過(guò)程,研究了壓縮載荷下纖維束和界面層的損傷演化,探討了纖維束波動(dòng)對(duì)壓縮性能的影響規(guī)律。通過(guò)與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,該模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)二維三軸編織復(fù)合材料在面內(nèi)壓縮載荷下的力學(xué)響應(yīng)和主要失效行為,以及自由邊效應(yīng)。細(xì)觀失效過(guò)程分析結(jié)果表明,二維三軸編織復(fù)合材料軸向壓縮的破壞是由軸向纖維束的纖維壓縮失效主導(dǎo)的;橫向壓縮破壞則是由偏軸纖維束的纖維壓縮失效引起的。

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