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《复合材料界面对其断裂过程影响的有限元研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、复合材料界面对其断裂过程影响的有限元研究11122李旭东张跃张凡伟张大海李仲平(1北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)(2航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室,北京100076)文摘采用了有限元方法研究了裂纹在陶瓷基复合材料中扩展和偏转过程,探讨了界面对陶瓷基复合材料失效模式的影响。采用的界面模型考虑界面的分离势和基体与纤维间的摩擦。结果表明,在界面结合强度一定的条件下,随着基体弹性模量的不断增大,材料的断裂功也随之增大,材料的韧性和抗热震性能也就随之提高。关键词复合材料,界面,断裂,有限元法FiniteEleme
2、ntResearchonInterfaceofCompositesDuringFracturing11122LiXudongZhangYueZhangFanweiZhangDahaiLiZhongping(1SchoolofMaterialScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing100083)(2NationalKeyLaboratoryofAdvancedFunctionalCompositeMaterials,AerospaceResearchInstituteofMaterials&Proces
3、singTechnology,Beijing100076)AbstractFiniteelementmethodwasemployedforthesimulationofcrackgrowthbehaviorofceramicsmatrixcompositesandthentheinfluenceofinterfacewasstudied.Shearandtensionpotentialsandfrictionbetweenfiberandmatrixweretakenintoaccountinthemodel.Itisshowedthatthefrac
4、tureenergyincreaseswhentheinterfacialbond2ingstrengthisnotchangedandtheelasticmodulusofmatrixincreasesandhencethefracturetoughnessandthermalshockresistanceofcompositesareimproved.KeywordsComposites,Interface,Fracture,Finiteelementmethod[4]0引言被称为粘结带模型。Jones和Whittier的弹性界面陶瓷复合材料中纤维/
5、基体的界面对其断裂模式模型也认为无厚度的界面上位移不连续而应力与位[5]有很大的影响。一方面,界面对纤维与基体间的应力移成线性关系。Achenbach和Zhu考虑了界面连结传递起着至关重要的作用,另一方面,界面也影响着强度,认为只有在界面局部应力超过界面强度时界面复合材料在不同载荷作用下的力学性能和断裂方式。才会发生分离,应力与界面上不连续的位移成线性关界面的脱粘和失效的数值模拟是研究的重点,而且绝系,并且讨论了界面强度对复合材料细观应力场分布[6]大部分工作是在细观力学有限元的基础上展开的。以及宏观性能的影响。Needleman在实验的基础上[1]近年
6、来,Bao利用一个带三维界面损伤的体元模型提出了一种有分离强度的非线性界面分离模型,将界模拟了界面脱粘中裂纹对复合材料强度和蠕变阻力面应力表达成界面位移的三次函数的形式,可以较好[2]的影响。Walte用包含粘结单元的体元模型分析了地描述界面脱粘的完整过程以及应力卸载的情况。[7]SiC纤维增强硅酸铝钙中的界面损伤。粘结单元代Lissenden和Herakovich将分离函数进行了改进并[8]表在多个连续有限单元之间的一种表面单元,可以发用有限元分析了复合材料的弹塑性问题。Ferrante生破坏,利用这种单元可以模拟材料的界面损伤。考虑了界面粘结的能量势
7、函数提出用指数函数的形[3][9]Hashin采用了广义自洽模型,把界面定义为应力和式来描述界面分离,Nimmer基于有限元方法分析不连续位移存在线性关系的无厚度界面,这样的界面了界面粘结中残余应力对界面分离的影响。基于界收稿日期:2007-10-16;修回日期:2008-04-23作者简介:李旭东,1982年出生,硕士研究生,主要从事信息功能材料及计算材料学方面的研究。E-mail:lxd32010128@sohu.com—22—宇航材料工艺2008年第3期面应力和界面位移函数关系的粘结带模型在弱界面基体中存在一个切口,在模拟过程相当于一个预粘结的复合
8、材料细观力学分析中取得了令人满意的置裂纹,受拉伸载荷作用产生应力集中,裂纹从此处
