基于多尺度分析的EMAA自修复缝线复合材料层间增韧作用研究

为研究热塑性EMAA纤维缝线网络对碳纤维复合材料层合板的层间断裂韧性和加热修复后韧性的双重增韧作用,本文采用试验和数值多尺度建模分析相结合的方法,对含有EMAA缝线网络的碳纤维复合材料层合板在热修复前后的Ⅰ型层间断裂韧性进行了分析。根据碳纤维束微观模型预测碳纤维束等效力学参数,通过对缝线处单层板细观结构进行测量,建立细观尺度单胞模型,预测细观单胞的等效力学参数。完成DCB试件宏观模型构建,在宏观模型中添加黏性层模拟EMAA修复剂,来进行Ⅰ型层间断裂韧性分析,采用三维Hashin失效判定准则和渐进退化模型对纤维束及基体进行损伤分析,利用双线性本构模型对黏性层失效进行判定。通过将试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了该多尺度模型的有效性;仿真和试验结果表明,EMAA缝线网络能有效提高层间断裂韧性,减缓裂纹扩展;三维缝合网络能够将自愈合EMAA送入损伤区域,继而实现分层裂纹层间断裂韧性的高恢复(修复率为175%)。