實(shí)驗(yàn)與數(shù)值混合法測(cè)量復(fù)合材料內(nèi)聚力牽引-分離曲線.pdf

1、隨機(jī)短植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是環(huán)保、質(zhì)輕、力學(xué)性能優(yōu)良的綠色復(fù)合材料，在航空次結(jié)構(gòu)件和汽車(chē)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣、用量大，是替代人造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的首選材料。除拉伸力學(xué)性能外，隨機(jī)短植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的斷裂力學(xué)性能也是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。內(nèi)聚力模型能夠較好地表征該類(lèi)材料宏觀斷裂過(guò)程區(qū)的纖維橋聯(lián)、損傷和裂紋擴(kuò)展等力學(xué)行為。在復(fù)合材料的理論研究和數(shù)值分析中，內(nèi)聚力模型的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，材料內(nèi)聚力模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的、成

2、熟的方法或標(biāo)準(zhǔn)，因此，內(nèi)聚力牽引-分離曲線的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法是當(dāng)前復(fù)合材料斷裂力學(xué)研究的重要課題之一。
　　本文在綜述目前內(nèi)聚力模型參數(shù)測(cè)定的三類(lèi)方法基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)值輔助場(chǎng)反解相結(jié)合的材料內(nèi)聚力牽引-分離曲線測(cè)量方法。
　　首先，在短纖維復(fù)合材料緊湊拉伸斷裂力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，用數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)量試件裂紋尖端的內(nèi)聚力區(qū)分離量和全場(chǎng)位移。然后，利用有限元平面應(yīng)力位移模式將實(shí)驗(yàn)測(cè)量的裂紋尖端移場(chǎng)離散化成節(jié)點(diǎn)形式，作為測(cè)

3、量場(chǎng)。構(gòu)造相應(yīng)的數(shù)值輔助場(chǎng)，兩場(chǎng)的應(yīng)變和應(yīng)力通過(guò)有限元方法分別計(jì)算得到。最后，利用測(cè)量場(chǎng)與數(shù)值輔助場(chǎng)的交互J積分路徑無(wú)關(guān)性質(zhì)，采用區(qū)域積分法計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)交互J積分，建立反解內(nèi)聚力區(qū)牽引力方程組。本文工作中，用 Python語(yǔ)言編寫(xiě)上述算法的程序，實(shí)現(xiàn) DIC實(shí)驗(yàn)結(jié)果、交互 J積分計(jì)算與輔助場(chǎng)有限元反解分析的混合計(jì)算，進(jìn)而得到內(nèi)聚力牽引-分離曲線。用兩種內(nèi)聚力模型的數(shù)值實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性，并對(duì)反解過(guò)程中積分路徑、網(wǎng)格密度等因素對(duì)混合法