层间短纤维的桥联和增韧分析

根据短纤维在层间杂乱分布和接近裂纹表面的特点,考虑基体剥落和纤维拉出耦合,本文建立了一个层间短纤维桥联模型,分析短纤维的层间增韧机理和主要影响因素。计算结果表明,纤维增强树脂层板在层间加入少量的Kevlar短纤维时,裂纹张开位移导致短纤维从基体中剥离和拉出,在纤维相互干扰下,拉出过程中产生大的能量耗散,从而明显地提高层间断裂韧性。纤维界面性质对ΔGIC有重要影响,纤维杂乱分布引起的相互干扰及纤维初始弯曲,使层间断裂韧性显著增加。比较表明,ΔGIC的理论预测与实验结果相符合。

冲击载荷作用下层间短纤维增韧研究

采用基于全量Lagrangian理论的非线性有限元方法研究了冲击载荷作用下含层间短纤维的复合材料层板的分层扩展问题.通过Newmark方法求解动力学方程,以能量释放率作为裂纹扩展准则.用节点双编号和节点分离技术模拟裂纹扩展,用双向弹簧单元模拟层间短纤维作用.通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力,在裂纹表面和冲击接触区设置接触单元,并以罚函数法计算接触力,分析了层间短纤维的桥联作用对裂尖应力场和能量释放率的影响.结果表明:层间短纤维的桥联作用有效地降低了层间应力集中程度和裂尖能量释放率,增韧效果明显.

短纤维层间增韧的三维有限元分析

层间短纤维强韧化是复合材料层合板层间增韧的有效途径之一。采用三维非线性有限元方法分析了层间短纤维强韧化复合材料层合板的分层扩展问题,探讨其影响因素。以混合模式下通用裂纹扩展的能量准则作为分层扩展判据,通过虚拟裂纹闭合技术计算分层尖端能量释放率。用节点双编号和单元生死技术模拟分层扩展。采用弹簧单元模拟层间短纤维作用,通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力。采用GAP元处理分层区的接触非线性问题。分析了分层区桥联力对层间应力场、位移场以及分层扩展的影响。研究结果表明,层间短纤维有效延缓了分层扩展,增韧效果明显。