隨機云杉短纖維復合材料的等效性能及其尺度影響.pdf

1、植物短纖維復合材料憑借其較高的比剛度、比強度以及良好的抗磨損特性被廣泛的應用于汽車工業(yè)和建筑行業(yè),等效性能是該類型復合材料的重要設計指標。除實驗外,數值方法在復合材料等效性能的預測和研究中發(fā)揮重要作用。
　　對云杉短纖維增強聚丙烯復合材料,本文建立了二維有限元單胞模型,考慮纖維體積含量、長細比等因素,預測了復合材料等效彈塑性能。在六種經典的理論模型中,預測結果與λ=1.7時的Wu理論結果符合較好。研究了應力在各向異性云杉纖維中的傳

2、遞機制,初步預測了Cohesive Zone Model(內聚力模型)中纖維基體界面的法向粘結強度。
　　建立了隨機云杉短纖維復合材料的周期性代表體元模型。編寫Python程序,生成不同尺度的代表體元模型,施加周期性邊界條件,考慮云杉纖維各向異性、纖維隨機材料主方向、隨機位置、隨機取向、長細比和體積含量等因素的影響,采用均勻化方法計算了材料的等效彈性性能。對兩種不同纖維含量的復合材料,分別研究模型(單胞)尺度對其等效彈性模量的影響

3、。結果表明,在纖維尺度上,復合材料呈現各向異性,隨著模型尺度增大,材料等效性能趨于均勻各向同性。
　　實驗測定了隨機云杉短纖維復合材料的壓縮和循環(huán)壓縮載荷下的應力應變曲線。用Cohesive Zone Model表征纖維基體界面的力學行為,建立了云杉/聚丙烯復合材料的壓縮有限元模型。研究了界面法向剛度、切向剛度、初始分離位移和完全破壞位移等界面參數對壓縮彈性模量的影響。結果表明,法向界面剛度對復合材料壓縮彈性模量影響較大,其他參數