碳纤维增强复合材料界面裂纹扩展及损伤研究
碳纤维复合材料因其各项力学性能优于传统金属材料,已在生产生活的各个方面得到了广泛应用。技术的进步和对材料性能要求的日益提高都不断推动着复合材料的研究与发展。关于材料界面力学行为的研究一直是相关科学领域关注的重点和难点,本论文从数值模拟出发,主要分析碳纤维复合材料的横向细观界面断裂过程,以及层合板自由边效应导致的层间界面损伤扩展,并结合试验研究层合板单向拉伸载荷下的强度破坏。具体内容包括: 1.采用渐进损伤和断裂两种方法模拟横向载荷下碳纤维复合材料的细观破坏过程,并对两种方法进行对比分析。其中断裂法结合ABAQUS提供的扩展有限元和Surface-based Cohesive Behavior技术,以实现界面开裂及基体裂纹扩展过程的模拟。基于这种数值模拟方法,文中详细考查了纤维含量、界面强度、界面刚度等因素对复合材料横向断裂过程的影响。 2.建立碳纤维复合材料层合板有限元模型,分析层合板承受单向拉伸载荷时界面的应力分布及损伤情况,研究层合板自由边缘界面的破坏机理,并考虑界面厚度、铺层角度以及开孔等因素对界面边缘应力分布的影响。在层合板自由边效应的抑制方面,详细研究边缘开切口这种方法的生效机理。 3.进行碳纤维层合板试样的单向拉伸破坏试验,比较和观察横向拉伸与纵向拉伸试样的断口形貌,测量其拉伸强度和拉伸位移等参数。然后借助ABAQUS中的子程序接口,以蔡一吴强度准则作为失效判据,模拟不同试样的拉伸破坏过程,最后与试验结果进行对比。
复合材料;碳纤维;界面断裂;裂纹扩展
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
段成红
2016
中文
TB332
93
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）