基于XFEM短纤维聚醚醚酮复合材料结构稳定性数值模拟分析

熔融沉积成型(FDM)制备短纤维增强聚合物复合材料成型技术日趋完善。采用FDM-3D挤压工艺制备了纤维含量为10%的短碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)增强的高性能聚醚醚酮复合材料,通过拉伸实验获取聚醚醚酮(PEEK)、碳纤维聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)以及玻璃纤维聚醚醚酮复合材料(GF/PEEK)试样应力-应变曲线。在此基础上,以单边缺口弯曲断裂试样为对象,基于扩展有限单元法(XFEM)建立三种材料的数值模拟模型,分别讨论了含初始裂纹缺陷和无预制裂纹状况下试样的结构稳定性。结果表明,在相同条件下CF/PEEK复合材料构件先于纯PEEK材料、GF/PEEK复合材料发生结构失效行为,且当构件中存在热裂纹的状况下,CF/PEEK复合材料构件更有可能发生断裂失效。