程震
,
石多奇
,
景鑫
,
杨晓光
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160328.009
基于对三维四向编织陶瓷基复合材料 CT 扫描结果的观察和理论分析，参考现有交织模型，建立了改进的胞元三维实体模型，较为真实地反映了材料内部的细观结构。模型内部纤维束横截面沿纤维束轴向不断发生形状和面积的周期性变化，纤维束横截面呈平行四边形、五边形交替变化，不同纤维束轴线间呈交织关系，接近材料内部纤维束间打紧后的挤压变形规律。通过测算平均纱线填充因子并配合有限元法获得了纤维束及材料的弹性性能，与试验结果符合较好。有限元仿真显示在材料单胞内，纤维束承担主要载荷，纤维束与基体的某些交界处往往会出现应力集中现象，可能是发生裂纹扩展及局部破坏的主要区域。该细观应力场的获得也为分析材料破坏机理和强度提供了基础。
关键词:
三维四向
,
陶瓷基复合材料
,
纤维束截面
,
细观模型
,
弹性常数
石多奇
,
景鑫
,
杨晓光
复合材料学报
发展了一种能够预测三维四向编织陶瓷基复合材料(3D-B-CMCs)拉伸模量与强度以及损伤演化过程的数值计算方法.首先,利用复合圆柱(CCA)和全局载荷分担(GLS)两种模型预测了纤维束的弹性模量和拉伸强度;然后,利用微焦点CT技术建立了能够反映3D-B-CMCs真实编织几何结构的胞元模型;其次,采用Hashin纤维束失效模型以及考虑单元尺寸的各向异性损伤力学本构模型,编制了ABAQUS/UMAT子程序,对3D-B-CMCs材料宏观拉伸的整个过程进行了计算模拟,预测了宏观拉伸应力-应变曲线,并与试验结果相吻合,证明了所建立方法的合理性和UMAT程序的有效性.同时,研究和讨论了拉伸过程中材料内部不同的损伤破坏模式对复合材料整体力学性能的影响,为材料的疲劳和蠕变等力学行为的内部损伤演化提供了依据.
关键词:
陶瓷基复合材料
,
三维编织
,
本构关系
,
损伤破坏
,
强度预测
