纖維增強聚合物材料力學性能的數(shù)值預測.pdf

1、纖維增強塑料復合材料以其質(zhì)量輕、強度高、易于成型加工等特點被廣泛應用于汽車、建筑等行業(yè)。對于此類材料的力學性能的預測多采用層合板理論，結(jié)合纖維按照單一方向取向時的力學性能進行計算。對單向取向的纖維增強塑料復合材料力學性能進行預測時，通常使用Tandon-Weng模型，一般認為，此模型的計算過程更加簡便，結(jié)果也相對準確。
　　 但是，纖維單一取向的注塑制品在實際中是不存在的，因此Tandon-Weng模型無法得到實驗的驗證，其實用

2、性也打了折扣。本文以單一取向的纖維增強塑料復合材料為研究對象，在二維情況下通過有限元數(shù)值方法對Tandon-Weng模型的正確性進行了初步的驗證。
　　 首先，本文根據(jù)三維情況下Tandon-Weng模型的推導過程，推導了Eshelby張量在二維情況下的表達式并對Tandon-Weng模型的計算進行了必要的簡化。然后，在纖維周期性均勻分布的情況下，對復合材料建立二維平面模型、采用四節(jié)點四邊形單元進行網(wǎng)絡劃分并編寫了有限元數(shù)值計算

3、程序。最后，在不同的纖維長徑比、體積含量和纖維分布形態(tài)下，對比了Tandon-Weng模型和有限元數(shù)值方法的計算結(jié)果。
　　 通過本文的研究初步證明了Tandon-Weng模型的局限性：在對單向取向的纖維增強復合材料力學性能進行預測時，此模型并不適用于所有情況；對于纖維周期性均勻排列的情況，此模型無法反映纖維的分布形態(tài)對復合材料力學性能的影響。對Tandon-Weng模型的修正以及在纖維非周期性排列時其正確性的驗證有待進一步深入