基于编织结构的针刺复合材料拉伸性能预测

基于针刺石英/石英复合材料的细观结构,建立了考虑编织结构的单胞模型;引入周期性边界条件以及体素单元(Voxel)网格,建立单胞的有限元分析模型;假设针刺复合材料的非线性力学行为主要由基体产生,将针刺过程对复合材料力学性能的影响等效为复合材料基体性能的改变,使用J2塑性模型对基体性能进行修正;采用最大主应力准则、Mises应力准则以及Tsai-Wu失效准则作为各组分材料的失效判据,并将纤维束的失效模式进行区分,根据主损伤模式对相应方向的刚度性能进行折减,模拟了针刺石英/石英复合材料在单轴拉伸载荷下的渐进损伤过程。得到的仿真结果与试验曲线较为吻合,并且利用修正的基体本构模型,较好地表现了针刺复合材料的非线性特征。在完成以上工作的基础上,分析了经线纬线所成角度对复合材料拉伸性能的影响,可为后续针刺复合材料的力学性能设计提供一定的理论依据。