基于ECPL模型的平纹机织复合材料低速冲击多尺度模拟

采用多尺度方法对平纹机织复合材料低速冲击损伤进行了数值模拟。建立E玻璃纤维束的微观单胞模型,计算出纤维束的等效刚度和强度;然后建立平纹机织复合材料的细观单胞模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对细观模型进行损伤演化模拟;提出一种新的基于体积平均法的局部均匀化方法,将细观模型转化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板(ECPL)模型,同时将建立的ECPL模型扩展成宏观模型并对其低速冲击损伤进行数值模拟,得出冲击能量为30 J下平纹机织复合材料的力位移曲线及能量曲线并与文献中的试验结果进行了对比。结果表明,由于层合板未发生穿孔破坏,力和位移均呈现先增大后减小的趋势,数值模拟峰值力为5621 N,与试验值误差为1.3%;并且层合板失效形式主要为纤维和基体拉伸损伤及层间分层损伤。宏观ECPL低速冲击模型的数值与试验结果吻合较好,验证了局部均匀化方法和多尺度模型的有效性。

碳纤维平纹与斜纹编织复合材料低速冲击多尺度分析与对比

为了探究平纹与斜纹编织复合材料的冲击响应,构建了多尺度框架来进行二者的分析与比较。首先构造出介观下的平纹与斜纹编织结构几何模型来探究二者的力学性能,然后将平纹与斜纹编织几何模型进行局部均匀化从而转化为等效交叉层合板模型,最后把二者的等效交叉模型拓展为宏观下的低速冲击仿真模型,在6 J能量下做了冲击仿真模拟并与实验结果做了对比。仿真和实验结果显示,二者仿真下的冲击力变化趋势与实验下的冲击力变化趋势相似,说明了该多尺度框架的可行性。斜纹编织复合材料的冲击力峰值、冲击力震荡时间以及吸收能量都要高于平纹编织复合材料。