分类： 材料科学 >> 复合材料 分类： 力学 >> 固体力学 分类： 航空、航天科学技术 >> 飞行器制造技术 提交时间： 2024-04-09
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。
分类： 材料科学 >> 复合材料 分类： 航空、航天科学技术 >> 航空、航天材料 提交时间： 2024-04-09
摘要： 提出一种单向纤维增强复合材料(UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(RVE)的创建算法。首先基于随机游走算法，采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态，使曲线各控制点处的切线方向的统计分布服从多变量冯米斯-费歇尔(Von-Mises Fischer)函数，创建出初步的软核模型。进而基于力偏置算法，在保证RVE内部纤维不产生过度扭曲的前提下，调整纤维间的重叠，创建出对应的硬核模型。调整过程中，通过引入三维近邻列表算法，大幅提高算法效率。最后对所创建的含有纤维波纹度特征的RVE模型进行了横向剪切渐进损伤分析，用以揭示该方法的研究价值及应用领域。结果表明，该方法能够快速有效地创建不同尺寸及纤维波纹度的RVE几何构型，这种含有波纹度特征的纤维构型会对UD-FRP的横向剪切性能产生一定影响，纤维波纹度越大，UD-FRP的横向剪切强度越大。
分类： 材料科学 >> 复合材料 提交时间： 2021-08-13
摘要： In recent decades, carbon fiber reinforced thermoplastic from the wet-laid process (WL-CTP) appeals to attention for its simplicity and compatibility with recycled carbon fibers. However, there is still no constitutive model for the consolidation of WL-CTP. This study proposes a constitutive model based on the constitutive equation describing the compress behavior of the dry/impregnated CF network. Three deductions raised from the consolidation model were validated by the experiments investigating the effect of molding time, pressure, and temperature on the void volume fraction of the WL-CTP. Flexural testing further investigated the effect of molding time, pressure, and temperature on the flexural modulus and strength of the WL-CTP. It reveals that the molding pressure can be the only factor affecting the consolidation and flexural properties of the WL-CTP, which indicates that the WL-CTP with low void content and qualified mechanical properties can be produced under a relatively low temperature and high productivity.
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