随机短纤维复合材料层与刚性平面的滚动接触特性研究

借助于Eshelby等效包容理论及粘弹性基础假设,对随机短纤维增强复合材料层与刚性平面的滚动接触问题进行了理论研究,分析了短纤维长径比和体积分数对滚动接触特性的影响,数值结果表明,滚动接触宽度和滚动摩擦系数均随纤维长径比和体积分数的增大而减小;等效接触应力分布不对称,最大等效接触应力随着纤维长径比和体积分数的增大而增大;在任意纤维体积分数和长径比下,滚动摩擦系数受转速影响较大,而滚动接触宽度更取决于载荷。

随机短纤维增强复合材料弹性模量预测模型

为了研究纤维增强复合材料的力学性能,借助混合率构造的Reuss-Voigt模型以及三维纤维取向简化模型,建立了随机短纤维复合材料弹性模量预测模型。利用该模型对玻璃纤维增强尼龙6(PA6)复合材料进行弹性模量预测,其预测结果与拉伸实验结果误差值小于5%,表明该预测模型具有较好的准确性。

低速冲击下短纤维复合材料本构方程研究

借助ZWT非线性粘弹性一维本构关系,导出了常应变率条件下,热固性聚合物不含时间变量和积分项的、简化的、三次多项式型本构方程;采用细观力学方法,将建立在线弹性理论之上的Eshelby等效包容体理论推广应用于非线性弹性问题。在上述工作基础之上,结合应变率影响,提出了低速冲击下随机分布短纤维复合材料的一维率相关本构方程;把方程预测结果与实验结果对比,发现吻合很好,因而初步验证了所提本构方程的可靠性。

TENSILE STRENGTH OF RANDOM ORIENTED SHORT FIBER COMPOSITE

This paper shows a calculation model and a method for predicting the tensile strength of the random distributed short fiber composite.On the basis of Renjie Mao's model,the longitudinal tensile strength of the aligned short fiber composite is formulated.Considering the transverse tensile strength and in plane shear strength of the unidirectional fiber composite,and the stress transformation relations of two couples of axes,the stress of the unidirectional fiber composite when it is loaded at an arbitrary angle is obtained.With the aid of an equivalence relation,the calculation formulation of the tensile strength of the random short fiber reinforced composite is deduced.

一种实验与数值模拟相结合的内聚力区参数反解算法

随着内聚力模型的应用越来越广泛,获得材料内聚力区参数成为了材料断裂行为研究的一个重要内容。本文提出了一种实验测量与数值模拟相结合的材料内聚力区参数反解方法。该方法首先利用数字图像相关方法测量试件裂纹尖端的内聚力区分离量,然后利用数值辅助场以及交互J积分与路径无关的性质反解内聚力区牵引力。本文利用数值实验验证了这一方法的有效性,并对反解过程中积分路径、网格密度等因素对求解结果的影响进行了讨论。最后,利用本方法求取了20%体积含量随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料(云杉/PP复合材料)的内聚力区参数。

材料断裂内聚力区牵引-分离曲线的测量方法研究

内聚力模型是模拟复合材料界面分层、脱粘等力学行为的有效工具。本文分别提出了改进的直接测量法和交互M积分反解法来测量材料的内聚力区牵引-分离关系曲线。在紧凑拉伸断裂力学实验的有限元数值模型中,分别应用两种方法测取了内聚力模型的牵引-分离曲线。通过与有限元数值解和交互J积分反解法的比较,验证了方法的准确性。本文以20%和49%纤维体积含量的随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料（云杉/PP）为例,分别应用改进的直接测量法、交互M积分反解法和交互J积分反解法得到了该材料内聚力区的牵引-分离曲线。三种方法结果的对比验证表明：三种方法得到的牵引-分离曲线变化趋势一致,曲线所反映的材料内聚力区强度、初始损伤和完全破坏分离量大小以及断裂的能量释放率等主要内聚力参数能够吻合,它们的测取结果都能够完整地描述内聚力区材料的力学行为。