何乾强
,
周储伟
,
周灿
复合材料学报
采用细观力学方法,建立了纤维增强复合材料(FRC)包含基体微裂纹和纤维/基体脱粘的热胀/冷缩理论模型.模型考虑了基体、界面中不同分布取向的微裂纹在升温和降温过程中张开、闭合情况的差异,及其对复合材料平均热胀/冷缩系数(CTE/CTC)的影响,同时还考虑了细观应力分布不均匀的因素.建立了细观有限元模型对理论模型进行验证.研究发现:复合材料损伤后CTE和CTC不一致,且取决于损伤模式:基体微裂纹损伤使得复合材料的横向CTE高于无损材料,而横向CTC低于无损材料,但对纵向CTE/CTC影响不大;纤维界面脱粘能较明显地减小复合材料的纵向CTC,但对横向CTC的影响可忽略.
关键词:
纤维增强复合材料
,
热胀/冷缩系数
,
细观力学
,
微裂纹
,
界面脱粘
周灿
,
周储伟
,
何乾强
复合材料学报
通过类比复合材料湿扩散与热传导的控制方程以及边界条件,以Halpin&Tsai模型为基础,发展了一个考虑了纤维/基体界面相的三相复合材料湿扩散模型,并研究了纤维界面随机损伤对湿扩散的影响.建立了纤维周期排布、随机排布、界面相损伤随机分布3种细观有限元模型.用上述模型分析了单向复合材料横向有效湿扩散系数(TEMDUC)随纤维和界面相体积分数、湿扩散性能以及界面相损伤率变化的规律,理论预测与有限元计算结果一致.研究发现:界面相或纤维相的扩散系数存在一个临界值,当扩散系数小于该临界值时,TEMDUC随纤维体积分数的增大而减小;反之,TEMDUC随纤维体积分数的增大而增大,此临界值的大小与纤维体积含量无关.研究还发现纤维界面损伤率相同的条件下,其分布的随机性对复合材料的有效湿扩散系数影响不大.
关键词:
复合材料
,
有效湿扩散系数
,
界面相损伤
,
随机
,
概率密度
