单向复合材料纤维扭结的平均场仿真

纤维扭结是单向碳纤维复合材料(UD-CFRP)在受轴向载荷压缩下,由于纤维初始扭转而引起的一种破坏机制。对于此问题,以往的文献中提出了宏观模拟、微观模拟及解析法,但都存在一定的局限性。宏观模拟精度低,微观模拟计算量大,解析法无法进行有效几何分析。在以前的文献中作者开发了一种非线性平均场脱粘模型来研究单向复合材料的非线性力学行为,该模型不仅考虑了平均非对称基体塑性,还考虑了纤维-基体界面的脱粘失效等非线性特性。本文将首次在多尺度层面上进行单向复合材料的纤维扭结仿真。利用扭结模型来定义纤维初始扭转角并结合非线性平均场脱粘模型来研究纤维具有初始扭转角的扭结过程及纤维不同初始扭转角对应力应变响应的影响。结果表明,与其他数值模型及解析模型相比,非线性平均场脱粘模型能够从多尺度的层面达到同等精度但能更高效地预测扭结带的形成过程。