沈珉
,
孙晓翔
,
刘洋
材料研究学报
doi:10.11901/1005.3093.2015.625
研究了界面性能对随机短云杉纤维增强聚丙烯(PP)复合材料宏观拉伸性能的影响.采用双线性内聚力模型(CZM)描述随机短云杉纤维和PP基体间非理想界面的力学行为,建立了含非理想界面的随机短纤维增强复合材料代表性单元(RVE)的二维有限元模型,考虑了纤维含量、长细比、随机分布和随机各向异性弹性以及PP基体弹塑性的影响;模拟了不同纤维含量复合材料的实验拉伸应力应变曲线.结果表明,短云杉纤维/PP基体间非理想界面刚度与复合材料有效弹性模量之间有单调递增的曲线关系,即E-K曲线;同一复合材料不同纤维含量的E-K曲线簇有一个临界交点.在交点右侧强界面刚度区复合材料有效模量随着纤维含量的增加而提高,在交点左侧弱界面刚度区有效模量随着纤维含量的增加而减少.三种不同体积含量10％、20％和49％的云杉/PP复合材料的非理想界面刚度可用E-K曲线和实验测得的宏观有效弹性模量确定,云杉/PP界面初始破坏位移和界面完全破坏位移也可根据模拟拉伸应力应变曲线确定.数值分析结果能用非理想界面刚度来解释和理解随机短植物纤维体积含量对复合材料宏观有效模量的影响.
关键词:
短植物纤维
,
拉伸性能
,
有限元
,
纤维/基体界面
,
有效弹性模量
,
内聚力模型
沈珉
,
张晓旭
,
孙晓翔
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140609.002
提出了一种改进的实验与数值混合法.该方法采用随机短纤维增强复合材料的紧凑拉伸实验,首先得到材料的宏观内聚力模型,进而确定该材料纤维基体界面微观内聚力模型参数.通过有限元法和基于场投影的反解法得到了宏观内聚力模型结果,对比分析这两个方法的结果,得出该反解法对误差的容忍度较低.随后采用改进的反解法,用数字图像相关法(DIC)直接获取宏观内聚力模型分离量,减少了该反解法未知数的数量,提高了容错率.再将DIC和改进的反解法结合,对该材料裂纹尖端宏观内聚力区的牵引力进行了反解.采用双线性内聚力模型,根据Mori-Tanaka方法,将求得的宏观内聚力定律与纤维基体界面微观内聚力定律关联起来,从而求得了纤维基体界面微观内聚力模型参数.该方法和结果可为短纤维增强复合材料纤维基体界面的微观力学分析提供实验基础.
关键词:
植物短纤维复合材料
,
内聚力模型
,
基于场投影的反解法
,
数字图像相关法
,
Mori-Tanaka方法
,
纤维基体界面
