Interaction of multiple micro-defects on the strengths and failure mechanisms of UD composites by computational micromechanics

摘要: 单向纤维增强塑料（UD-FRP）的力学性能受到内部微缺陷的影响，如随机纤维排列、纤维错位和微空隙。本研究旨在通过计算微观力学研究这些多个微观缺陷如何相互作用，以及它们如何影响UD-FRP的强度和失效机制。通过对具有代表性的体积单元进行有限元分析，模拟了失效行为；对于不同的载荷及其组合，考虑了基体和界面的破坏。研究发现，这些微观缺陷显著削弱了UD-FRP沿纵向的抗压强度。特别是纤维波纹度放大了纤维排列的影响，而微空隙则减小了这种影响。此外，纤维排列和微空隙显著削弱了UD-FRP的横向拉伸和压缩强度。此外，横向和纵向剪切强度受微孔隙的显著影响，但只有纵向剪切受纤维排列的影响，这种影响也因微孔隙而减弱。最后，得到了纵向压缩和横向荷载共同作用下的损伤包络线，并与Tsai Wu失效准则进行了比较。结果表明，Tsai Wu准则可以有效地估计这种双轴加载条件下的失效包络线。