基于细观力学模型的单向纤维复合材料的力学行为OA

基于Hashin等复合材料经典失效准则的宏观有限元模拟虽然能够考虑纤维断裂、基体损伤以及分层等宏观损伤机制,但无法反映碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)内部的微观损伤行为,例如纤维与基体之间的界面脱粘。为了解决这个问题,建立了一个同时考虑纤维、基体和界面的多相细观力学模型,综合考虑纤维断裂、基体失效和界面脱粘等多种损伤机制,系统分析了横向拉伸/压缩、纵向拉伸/压缩以及面内/外剪切等典型载荷路径下单向碳纤维增强复合材料(unidirectional carbon fiber reinforced polymer,UD CFRP)的损伤演化过程。结果表明:实验与仿真得到的峰值应力和失效应变的相对误差小于5%,同时模型预测的裂纹扩展路径与扫描电镜的观测结果一致,验证了考虑微观结构的微观力学模型的准确性。在此基础上,模型准确捕捉到了不同载荷条件下UD CFRP的损伤演化规律,这对于构建CFRP损伤容限设计准则和结构完整性评估体系具有重要工程价值。