一种考虑脆性断裂的三线性内聚力模型

针对复合材料的分层现象,本文结合复合材料的脆性断裂失效模式,提出了一种新型三线性内聚力模型,并基于FORTRAN语言编写Abaqus用户子程序VUMAT进行模拟。为了检验此三线性内聚力模型的可靠性,使用有限元分析软件Abaqus/Explicit对双悬臂梁模型和端边切口模型进行了建模,并对分层损伤的扩展过程进行了分析。结果表明,与双线性内聚模型相比,考虑界面材料脆性断裂过程的三线性内聚力模型不仅计算速度提高了约10%,而且能够更准确地模拟复合材料的分层现象。本研究为热固性复合材料层合板的分层研究提供了一种新的模型。

纤维桥联效应下复合材料层合板的屈曲及分层扩展模拟

纤维增强复合材料层合板由于层间力学性能弱,容易出现分层损伤。分层的扩展往往伴随着纤维桥联效应,纤维桥联能显著增大层合板尤其是多向层合板分层扩展的阻力。考虑纤维桥联效应的三线性内聚力模型能表征分层扩展实验中断裂韧性的“R曲线”特征,比传统的双线性模型能更为准确地描述复合材料的分层扩展行为。本论文基于三线性内聚力模型,对含圆形分层复合材料层合板的轴向压缩进行数值模拟,探讨纤维桥联效应对分层扩展及后屈曲行为的影响规律。研究结果发现,纤维桥联对层合板的屈曲载荷影响较小;混合屈曲模式下,三线性模型预测的上下子板相对法向位移明显低于双线性模型;相同分层深度下,三线性模型预测的层合板后屈曲更早转变为整体屈曲模式。随着分层深度的增加,层合板的屈曲模式由局部屈曲逐步过渡为混合屈曲和整体屈曲;当分层深度较浅时,Ⅰ型分层扩展占主导;随着分层深度的增加,Ⅰ型分层逐渐减弱,而Ⅱ型和Ⅲ型分层扩展则显著增强;当分层接近板中面时,Ⅰ型分层停止扩展,以Ⅱ型及Ⅲ型分层为主。