隨機(jī)云杉短纖維復(fù)合材料的等效性能及其尺度影響.pdf

1、植物短纖維復(fù)合材料憑借其較高的比剛度、比強(qiáng)度以及良好的抗磨損特性被廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)和建筑行業(yè),等效性能是該類(lèi)型復(fù)合材料的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。除實(shí)驗(yàn)外,數(shù)值方法在復(fù)合材料等效性能的預(yù)測(cè)和研究中發(fā)揮重要作用。
　　對(duì)云杉短纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)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(zhǎng)細(xì)比等因素,預(yù)測(cè)了復(fù)合材料等效彈塑性能。在六種經(jīng)典的理論模型中,預(yù)測(cè)結(jié)果與λ=1.7時(shí)的Wu理論結(jié)果符合較好。研究了應(yīng)力在各向異性云杉纖維中的傳

2、遞機(jī)制,初步預(yù)測(cè)了Cohesive Zone Model(內(nèi)聚力模型)中纖維基體界面的法向粘結(jié)強(qiáng)度。
　　建立了隨機(jī)云杉短纖維復(fù)合材料的周期性代表體元模型。編寫(xiě)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(jī)材料主方向、隨機(jī)位置、隨機(jī)取向、長(zhǎng)細(xì)比和體積含量等因素的影響,采用均勻化方法計(jì)算了材料的等效彈性性能。對(duì)兩種不同纖維含量的復(fù)合材料,分別研究模型(單胞)尺度對(duì)其等效彈性模量的影響

3、。結(jié)果表明,在纖維尺度上,復(fù)合材料呈現(xiàn)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(shí)驗(yàn)測(cè)定了隨機(jī)云杉短纖維復(fù)合材料的壓縮和循環(huán)壓縮載荷下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。用Cohesive Zone Model表征纖維基體界面的力學(xué)行為,建立了云杉/聚丙烯復(fù)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(shù)對(duì)壓縮彈性模量的影響。結(jié)果表明,法向界面剛度對(duì)復(fù)合材料壓縮彈性模量影響較大,其他參數(shù)