纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料力學(xué)性能的預(yù)測(cè)研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料以質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比模量高、等優(yōu)點(diǎn),已獲得了廣泛的應(yīng)用,對(duì)纖維增強(qiáng)聚合物制品的力學(xué)性能的計(jì)算,一般采用層合板理論。對(duì)于短纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的力學(xué)性預(yù)測(cè),只要滿(mǎn)足纖維單一取向的條件,多采用Tandon-Weng理論模型。在實(shí)際的注塑制品中,雖然可以采用增加流道等工藝使纖維取向趨向一致,但影響有限,即使對(duì)于簡(jiǎn)單的試件,我們也很難使纖維有單一的取向,因此Tandon-Weng模型的準(zhǔn)確性難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和修

2、正。而對(duì)于復(fù)雜真實(shí)的制件,基于Tandon-Weng模型的復(fù)合材料力學(xué)能的計(jì)算的準(zhǔn)確性則更加難以預(yù)測(cè)。對(duì)于Tandon-Weng模型的準(zhǔn)確性的驗(yàn)證多采用有限元法。本文也將采用有限元法借助大型通用有限元分析軟件Ansys程序在三維情況下對(duì)Tandon-Weng模型的結(jié)算結(jié)果進(jìn)行初步驗(yàn)證。
　　 本論文首先按照Tandon-Weng模型的計(jì)算方法編寫(xiě)計(jì)算程序?qū)?fù)合材料力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算;其次利用Ansys軟件建立單一夾雜的三維有限

3、元模型,進(jìn)行網(wǎng)格劃分,根據(jù)不同的材料指定單元的材料屬性,添加約束條件并進(jìn)行拉伸模擬,然后運(yùn)用廣義的胡克定律解出復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。最后,在不同的纖維體積含量、排列方式和不同長(zhǎng)徑比等條件下,以有限元數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)驗(yàn)證Tandon-Weng模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。其結(jié)論為:Tandon-Weng理論模型對(duì)于單一取向的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的預(yù)測(cè)存在著一定的局限性,并不能適用于所有情況。Tandon-Weng理論模型在預(yù)測(cè)顆粒增強(qiáng)

4、復(fù)合材料方面,在增強(qiáng)顆粒體積含量較低時(shí)預(yù)測(cè)比較準(zhǔn)確,若增強(qiáng)顆粒體積含量較高,其預(yù)測(cè)的復(fù)合材料有效彈性模量偏小,泊松比偏大,而且隨著體積含量的增加,誤差也增大;在注塑短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料方面,在增強(qiáng)纖維體積含量,纖維長(zhǎng)徑比都確定的情況下,Tandon-Weng模型適用于預(yù)測(cè)增強(qiáng)纖維按某一特定的周期性均勻排布的情況,若纖維的排列方式改變,則其模型不能給出較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。考慮到短纖維在注塑制品中分布的隨機(jī)性,Tandon-Weng模型還不能