基于考慮纖維束面接觸的細觀結構模型,引入周期性位移邊界條件,采用細觀有限元方法建立了材料的彈性性能預報模型。模型數值結果與試件實測數據吻合較好,證明了該模型的合理有效性。經詳細分析單胞在典型工況載荷作用下的細觀應力分布及變形,表明模型體現了周期性相鄰單胞表面力和位移的連續(xù)性,能獲得單胞更為合理的細觀應力應變場。
三維編織復合材料作為一種新型輕質高效結構材料,其剛度、強度等基本力學性能分析與預報是該材料用于結構設計的重要前提。但由于材料增強體為三維空間網狀連續(xù)纖維結構,其細觀結構極為復雜,直接建立材料力學性能預報模型困難很大。近年來,許多學者通?;谥芷谛詥伟芯坎牧系幕玖W行為。
隨著現代計算機技術和有限元理論的飛速發(fā)展,有限元方法在復合材料細觀力學研究領域得到了日益廣泛的應用,并已將其用于三維編織復合材料的力學建模分析,逐步建立了一批基于代表單胞的有限元分析模型。Lei等‘21將纖維束和基體分別處理為梁元和桿元,所建模型因過分簡化難以反映組分材料的受力狀態(tài):Chen等和龐寶君等所建有限元剛度預報模型,因采用多相介質單元降低了建模工作量:劉振國等提出了“米”字型實體單胞有限元模型,但該模型過于簡單,無法體現內部纖維束的交織關系和空間構型:Sun等基于均勻化理論,采用非協(xié)調多變量有限元對比了對模量預
測的影響;楊振宇等[盯1所建體胞模型將纖維束截面假設為六邊形,較好地體現了內部纖維束的接觸特征,但建立該體胞幾何模型時,忽略了表面區(qū)域細觀結構的影響,因而很難全面建立工藝參數與材料宏細觀結構參數的關系。目前,基于周期性胞元的有限元模型,其單胞細觀結構模型與材料實際細觀結構有所差異,還有待于進一步完善。文獻采用單胞表面變形后“平面保持平面假設”,限制了周期性單胞的相應變形,難以保證周期性相鄰單胞邊界處力的連續(xù)性,這將直接影響單胞的細觀應力應變分布和力學性能分析。因此,有必要建立更為合理的細觀單胞有限元模型。
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